浪潮FPGA方案 省80%磁盘空间和网络流量

　　【资讯】在数字化转型的背景下，数据量正呈现出爆炸式增长的态势。而传统数据压缩架构存在计算资源需求高，CPU的负载率高，压缩任务吞吐量不足等问题，浪潮FPGA方案对GZip算法进行了专门的开发和优化，压缩率能够达到94.8%，压缩速度达到1.6GB/s，十倍于传统方法的计算效率。

▲浪潮FPGA方案，节省80%磁盘空间和网络流量

　　举个现实的例子，我们每年最大的“剁手节”——双十一当天所产生的交易日志就达到了PB级别，而这仅仅是1天、1个网站搜索产生的数据。

　　那这些数据对于数据中心而言意味着什么?1天内不仅多了至少1PB的数据需要存储，并且又有至少1PB网络流量被占用。按照1块盘8TB的容量来算，需要124块硬盘，按照1台服务器12块盘来算，需要至少12台服务器来存储这些日志。同时，在双十一后，这些数据仍需要被存储一段时间用于后续的大数据分析，这期间日志文件会被各个计算机群频繁的访问读取，不仅长期占用大量存储空间，，也会加重数据中心内外部网络负担。

▲数据量爆发式增长

　　那么有没有什么方法压缩这些数据?类似我们在电脑上用WinRAR或者其他压缩工具把文件压缩为zip、rar，数据中心的海量数据是否也能被压缩。

　　数据压缩，用计算能力换取更多存储空间

　　目前，业界常用的压缩算法有基于UNIX系统的文件压缩GZip、高储存密度的计算机文件压缩Zip、无损压缩软件BZIP2等，其中GZip由于具有较好的压缩比、压缩效率和平台通用性，因此被广泛的应用。

▲GZip文件压缩

　　但传统的压缩程序基于CPU，会存在一些问题。比如，压缩任务所需要的计算资源较高，在进行大文件或者多文件压缩任务时，会导致CPU的负载率高，影响其他任务的正常运转。另外，如果压缩任务请求频繁，比如网站文件的GZip压缩，网站的同时访问人数就基本等同于压缩任务数，这时候CPU的单核性能高但并行能力弱的特性会导致压缩任务吞吐量不足。

　　因此，针对数据中心海量数据压缩，用计算能力换取更多存储空间是必然趋势。比如数据文件中存在很多重复出现的字符串，如果用更短的符号代替，就能达到缩短字符串的目的。例如，有个文本中大量使用“整机柜服务器”这个词，我们用"整机柜"代替，就缩短了3个字符，如果用"整"代替，就缩短了5个字符。事实上，只要保证对应关系，可以用任意字符代替那些重复出现的字符串。并且这一过程是无损的、可逆的。

　　基于FPGA的浪潮压缩方案，压缩率达94.8%

　　为了解决传统压缩架构的弊端，浪潮基于FPGA来开发GZip压缩算法，通过充分利用板卡硬件流水设计和任务级并行，来提升压缩任务的吞吐量，并有效降低CPU的负载。

▲浪潮FPGA F10A

　　由于FPGA采用与CPU迥异的运行模式，因此需要进行算法移植。目前，浪潮基于FPGA的GZip算法进行了专门的开发和优化，在样本压缩测试中，压缩率能够达到94.8%，极大降低数据文件所占用的存储空间。

　　举个例子，在大型数据中心，各个业务部门之间的数据可能存在于不同的集群，因此当数据需要被大量的跨集群读取时，即使各个集群中有数百G的智能网络专线，但是传输的数据不能把带宽占满，因此可能导致任务的较大延时。而在这些传输的数据中，日志等字符重复率较高的文本文件的数量也是很大的，采用浪潮FPGA方案能够迅速将文件缩小90%以上，并且能够在传输完成后快速解压，有效降低带宽占用。

　　1.6GB/s压缩效率，10倍于传统压缩方案

　　数据的压缩虽然可以节省磁盘空间，但是却也需要更多的计算能力，如果使用原有的CPU来进行处理，压缩和解压的速度较慢，会影响整个集群的业务效率，这就得不偿失了。而浪潮FPGA方案在运行简单但重复性高的任务时，能省去取指和译码步骤，极大的提高了重复运行相同代码的效率。据实测数据显示，基于高性能的硬件平台和优化的算法，浪潮FPGA方案可以达到1.6GB/s的GZip压缩速度，而使用传统x86架构处理器的性能只能达到60-150MB/s。浪潮FPGA为业界带来至少十倍于传统方法的计算效率。

▲数据压缩解决方案GZip

　　举个例子，由于GZip可以压缩Html、JavaScript、Cascading Style Sheets等网络常用的文档，因此目前大部分的网站会启用GZip压缩来降低网站访问速度，通常经过GZip压缩的网站可以降低2/3以上的大小，因此从客户端来看，网站的打开速度可能提升3倍。但是对于极高并发量的大型网站来说，过高的瞬时流量可能导致服务器的高负载，而采用浪潮FPGA方案则能够支撑更高的并发量。

　　由于GZip无损压缩主要针对有大量重复字符的文件，因此以文本为主的数据，比如日志文件、交易记录、编译报告、html文件等都能进行很好的压缩。但是对于已经被压缩过的文件，比如JPEG图片文件等，压缩率可能很低甚至为负。为此在GZip无损压缩之外，浪潮还开发出基于FPGA的WebP有损压缩方案，进一步提升图片等数据的压缩率和压缩效率。未来，浪潮还将推出更多FPGA方案，为更多应用提供更高效的计算平台支撑。

（编辑：我爱故事小小网_铜陵站长网）

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