谢谢组委会的邀请，我今天给大家分享的题目是FPGA加速未来网络，这个题目有点大，这是物联网的峰会，当时组委会邀请我的时候，你能不能来讲一个讲座，我当时正在考虑FPGA跟网络的关系。我今天给大家的内容主要是三部分，一个是FPGA在未来网络中的应用和发展趋势，面临的问题及思考。我做了20年的网络的研究，也用FPGA做了20年的网络系统，我觉得有很多问题需要思考。

未来网络我认为很重要的特点就是技术发展越来越快，新的协议和新的处理机制不断涌现，传统基于ASIC的实现很难满足技术快速发展的需求，因为它的周期是24个月。现在如果我定一个芯片是两年以后的事情，两年中处理机制会发展的很快。我们知道ASIC不行了，现在越来越多的网络功能现在已经在端系统上已经软件实现了，软件性能肯定是有所欠缺的。因为现场可编程的，能不能用FPGA做网络功能，它和CPO相比，它在处理的性能和灵活性方面是一个很好的折中，因此我认为未来网络功能实现的很好选择。

早在2001年，我们查到最早的文献就是用FPGA来做网络功能，华盛顿大学2001年写的论文，怎么样用FPGA实现高性能路由器和防火墙功能，实现原型系统。这个课题组工作做得非常好在2005、2006年今年刚提出的时候，搭建今年的节点是最初的方案，后面经过真正的部署，它失败了。

在2001年我们国内还有一件事情，国防科大和大唐电信基于FPGA，研制成功我国第一台具有自主知识产权的核心路由器，2002年完成了入网测试，上午张教授说做V6是做得非常好。但是这个项目实际上后来产业化失败了，原因有多种，主要原因是因为和我们合作的大唐电信业务调整要做3G把部门裁掉了，还有一个很重要的原因是FPGA的能力是非常低的，内部没有嵌入，虽然可以都有编程，但是我们可以发挥的空间很少，资源有限，速度比较慢，所以这个失败了。2002我们用网络处理器做各种各样的路由器，从今天来看，FPGA在网络中运用有了一个新的机遇，一方面就是FPGA的规模，现在已经达到了颠覆性的规模，里面可以嵌入很多高性能的接口。这个右边的图，大家应该都看过，是在白皮书里面的，相当于FPGA在网络中的应用又有了新的动力和技术，因为（英文）可以把流量引导了FPGA，所以用FPGA可以进行各种各样网络功能加速的处理，以前实际上是不行的，你必须在通路里面，否则运用不到这个数据。右边这个图，我们的一种说法就是说没有什么网络功能是一颗FPGA实现不了的，如果有那么这个功能用CPO也实现不了，因为功能太复杂了。因为FPGA它可以把流量导出来，现在用（英文）加速网络功能应该是一个很好的机遇，所以研究也特别多，这些年用大量的FPGA实现网络功能。那么它实现网络总共有两个重要的有点，第一个是能够取得较高的可以预期的性能，这个可以预期是十分关键，如果我通过这个仿真达到了一定的频率的话，在工作的时候，因为它的模型不是（英文），不是存储程序的模型，它是高度的定型的，所以它是所见即所得。它可以释放更多的CPU资源用于租户的应用计算，提升运营商收益。

   它的CPO一个核是非常的值钱，如果我的做的话大量的核被（英文）占用了，就是我这个数据中就卖不到钱了。这是第二个有点，我认为FPGA要加速未来网络，我认为有三个方面。最成熟的一个方面就是智能网卡，也是大家目前能够看得到的微软在它的数据中心里面，以及用大容量的（英文）做了网卡，已经部署了很多，像去年FPGA的里面已经讲了加速，今年4月份又有一个（英文）做的网卡，这个FPGA有三个好处，第一个好处是处理性能和链路速率匹配，越来越快，第二个是释放CPU的资源，第三个是比较关键的随着SR-IOV为的使用，因此这种交换智能在现在的网卡上实现，现在微软已经成为部署了。像Mellanox这个公司，可能很多同仁不一定熟悉，它主要是做高端的交换和网络接口设备的解决方案，很多集群是用它做的网卡实现，它在它商用的网卡上面，除了他自己的芯片，还加了一颗（英文），作为商用的产品出售，所以FPGA用在智能网卡里面和ASIC相配合，已经成为趋势，而且得到了应用。

第二个是已经出现的，新应用的方式，已经有出厂公司，比如说加拿大的Corsa出厂公司，好像是2013年成立的，它实际上是用高性能的（英文）直接做路由器100G的防火墙，就是不要ASIC了。

它的首席技术官说了这样的话，由于FPGA的规模颠覆性很高，我们突然有了一个可现场编程的编排，这就类似于在所有书籍，用羽毛笔的时代中发明了造纸术。大家知道ASIC，它除了有24个月的开发周期以外，如果你的芯片生产出来，如果没有几十万颗或者上百万颗的出货量，你平均的成品是很高的，有可能是直接使用。

第三个就是在学术界提出了基于FPGA的NFV实现思路，NFV由FPGA制造商，IP提供商和系统集成商建立NFV生态链，提升系统构建的灵活性。

在FPGA里面，实现编排实现这样一种思路，由FPGA的制造商、提供商完全一个新的产业链做到新的NFV的方式，这仅仅出现在论文上，工业界还没有任何的响应。下面是对主要问题的思考，这个首先是一个很有趣的现象，微软在云数据中心里面实现（英文）交换，同样在论文上就一个作者很罕见的，我和微软没有任何联系只是从纸面上看，多的32个作者都是做FPGA开发的，因为大家都说FPGA开发困难，目前我们实现的几种方式看，CPU是用（英文），NPU用得比较少，基本上专业的人员，我们接触不到。FPGA是用（英文）编程的，ASIC提出了（英文）更简单了。最复杂的是FPGA的编程，它实际上是很多人都不愿意用的，因为它是一个非（英文）的模型。

你脑袋有这个概念以后，你才能写出一个（英文）语句，编译调试时间很长，第二个是它的偏编译程序很长，但是IP界一个费的过程，可能要几个小时，所以它的开发可能比较困难，时间长，同时考虑性能和面积的约束，我们在非诺挪伊曼编程模型，编译调试时间长。

 我们要区分两种不同的加速需求，一种是网络功能的加速，一种是应用的加速，包括我们华为，实际上更多的是应用的加速，我们不能把这两种加速混合在一起。网络的加速比如说DPI的加速，加密解密，这些功能属于基础设施里面。它的数量是有限的，是可数的，做来做就这么多，而应用的加速是不可数的，太多了，我们知道的人工智能，智能计算等等。

这种应用是无穷无尽的，它们是不一样的，而对（英文）质量要求也不同，因为网络功能加速是对网络基础设施加速，它对基础设施的竞争力，它的性能怎么样？功耗怎是是密切相关的，它是需要专业人员来编，这个数据中心的运营商，它需要组织队伍和专业的人员来做这个事情，应用的加速一般来说都是应用的人员，比如我是做气象的，做什么的来编写程序。所以说它可能编程的人员不一样而且肯定会有几十倍的提高，没有人纠结是不是做到了极致。而且它的速率并不是很平凡的，协议也不是每天都有新的协议，而应用的加速是比较平缓的，所以他们采用的方式都是不一样的。它的工作量并不是很多，这个运营商有能力去聘请有能力的人来做这件事情。

第二个观点是要提升Verilog代码的可重用性，开源是进行标准制定和协调，保证系统互联互通性和兼容性，提升技术成熟度的有效手段，开源促进代码重用。下面介绍我们相关的工作，如果时间到了主持人提醒我一下。

我们的工作，实际上我做了20年的FPGA，最近的十年我做的事情是把FPGA做成开元、开放，我们受到的启发就是斯坦福大学的NET-FPGA，大概十年前很火，有三分之一都提到了EeT-FPGA，还有很多做的在使用这个NET-FPGA。

我们学校的性质和很多学校不一样，我们做了这么多东西，我们能不能类似也做一个NET-FPGA的东西，让大家来用，2009年我们就有这样的想法，起一个名字叫（英文），8个接口就是很简单NET-FPGA，我们做了很多外归的逻辑，现在叫（英文），与用户无关的我们都做好了怎么减缓难度我们做了各种各样的研究，怎么分层、怎么这个抽象？是我们发展的历程，2009年我们做了FPGA24就是交换芯片加连接的产品，我们第一个用户是香港理工，它拿我们这个做各种各样的测量，2011年发表了测量的论文，用我们做的实验，觉得挺好，觉得高速的数据上可以编程实现，后来就是2011年我们觉得很有意思我们开了一次大会，大概60多个单位搞了（英文）宣传这个品牌，最好的是什么？我们在（英文），这是最好的宣传，在2008您是（英文），我们能不能到多论多做一个（英文），后来干脆把2010年的长文，它是做仿真的，我们直接实现了。同时能显示仿真的结果有什么区别，最后也是在那年在（英文）进行了（英文），后来2008年我们做成小的，后来有了网站在我们的教学里面也使用了，我自己开了一门课，国内是独一无二的，专门用硬件系统做路由器，对标斯坦福的那门课，后来不断发展，包括我们出了书有网站，每年都会开一次会，和互联网的年会都会开一次会，然后推广我们的用户，还有一些实验的案例和视频。我们和清华搭了一个（英文）和中国电信搭了一个试验网，这是我们做（英文）一直做到2015年，发现很多问题代码质量层出不齐，缺少CPU互动的模型。

2016年又开启了开源的项目FAST，努力按照开元的项目区做，FAST就是交换平台。它实际上就是在扩我们做了很多的数据通路的优化，在用户提供了很多的（英文），然后它的处理模型右上角有不同的，它们会走不同的模块进行处理。所以我们这个模型就是右下角实际上有一个固定的流水线，但在流水线可以动态部署的软件上面去，这我们处理的一个模型，这个就不详细介绍了。通过配置下面的表，很容易扩充新的功能，这是我们处理的模型，我们提供了API各种各样的开源的事例，2016年我们开始做FAST，我们首先在长沙开了一个FAST的工作会议，我们展示了我们的架构，完全开源的一个交换机的模型。请了很多工业界和学术界的人士参加，我们推出了一个完全开源的一个平台，成立了专业服务的公司，我们在当年的计算机大会上进行了展览，我们不断推动这个事情，我们的公众号、网站，我们微信抢红包的案例，怎么实现交换，在很多的单位进行的运用，我们也在做（英文）。我们今年进一步用（英文）实现的功能，比较有知识产权的东西进一步开源，希望能够吸引更多的人来参加。现在在工业界已经向716研究所，在工业界的项目已经开始用代码，我们也在不断推出新的设备。

典型的应用，LISPX路由器实现，很容易实现（英文）的这个路由器。黄色的是根据需求增加的、修改的模块。

然后我们可以做一个（英文）反攻击的网关，我们可以很容易通过编程实现扩展。在工业界我们用时间出触发以太网交换机，我们有很多模块进行规范，做了很多开源的代码。现在我们正在开展的工作是什么，一个是用（英文）加速的网络平台，那么我们bro完全是用软件做的，我们用bro做一个流管理。第二个是IEEE1588时间同步的数据中心传输优化，这是在2014年有一个论文，我们在重现它的工作，就是如果某个端系统，都是预先调度好的，中间的设备就可以（英文），就可以降低它的复杂性。第三个我们用FPGA怎么实现（英文）的那种加速，现在我们的一些团队，也在做这方面的研究。

还有一方面的研究，我们在基于国产的CPU和FPGA的网络系统开发，实际上我们一直是在美国处罚（音）的过程中，一直笼罩在美国的处罚政策之下，我们在做自主的方面，我们实际上在国内做得比较早。

有一天像我们这样，研究升大学计算机都不讲了，我觉得这个自主还是很重要的，当然我们的学生也基于自主平台开发一些网络的（英文），我们参加大赛也获得了国内的FPGA企业的奖。推动国产FPGA在未来网络的应用，谢谢大家。