'비주류에서 주류로' FPGA, 기업 서버 시장서 급부상

기업이 FPGA(field-programmable gate arrays)의 장점을 활용하기 더 쉬워질 전망이다. 델 EMC와 후지쯔가 인텔 아리아 10 GX(Arria 10 GX) 프로그래머블 엑셀러레이션 카드(PAC)를 자사의 데이터센터용 서버에 탑재할 예정이기 때문이다.



최근 델은 인텔 아리아 10 GX FPGA를 사용한 PAC를 파워엣지 R640, R740, R740XD 서버 등을 장착해 내놓을 것이라고 밝혔다. 후지쯔도 이 카드가 설치된 프라이머지(PRIMERGY) RX2540 M4 서버를 일부 기업 고객에게 먼저 제공하기로 했다. 이 FPGA를 이용하면 인텔 제온 프로세서와 함께 특정 데이터 중심 워크로드를 더 빠르게 처리할 수 있다.

FPGA는 그동안 획기적인 기술이라는 평가를 받았지만 기업 데이터센터용 서버에는 널리 채택되지 않았다. 인텔의 프로그래머블 솔루션 그룹 시장 담당 부사장 레이넷 오는 "(델 EMC와 후지쯔의) 이번 사례는 FPGA 기반 액셀러레이션을 더 많은 고객에게 더 널리 보급하는 중요한 계기다"라고 말했다.

특정 워크로드를 위한 맞춤 FPGA
FPGA의 가장 큰 특징은 일단 칩을 만든 후에도 프로그램을 수정해 다양한 워크로드에 맞춰 전용 가속기로 사용할 수 있다는 점이다. 이 때문에 머신러닝과 특정 금융 솔루션, 영상 처리와 유전자 연구 등에서 병렬 처리를 통해 성능을 크게 향상했다. 특히 이들 워크로드는 데이터가 폭증하는 시장과 관련이 있는데, 기업은 이들 데이터를 처리해 더 많은 수익을 내고 있다.

물론 병렬 처리 할 수 있는 다른 대안도 있다. GPU다. GPU 역시 이런 워크로드를 잘 처리하지만 FPGA는 특정 워크로드에 따라 완벽하게 맞춤 설정이 가능하다는 것이 차별점이다. 사용하지 않는 게이트를 아예 잠가서 작업 처리에 따른 전력 소모를 최소화할 수도 있다. FPGA는 그동안 주로 정부와 연구소, 거대 제조업체는 물론 마이크로소프트 같은 IT 업체 등에서 사용됐다. 막대한 규모의 데이터를 처리하거나 내장 가속기가 포함된 맞춤 서버에 활용됐다.

프로그래밍이 확산 걸림돌
반면 FPGA를 사용하려면 프로그래머가 새로 배워야 할 것이 많다. FPGA 제작에는 지난 수년간 다른 칩에 사용되던 고수준 언어가 아닌 HDL(Hardware Description Languages)을 이용하기 때문이다. 무어 인사이트 앤 스트레티지(Moor Insights and Strategy)의 설립자 패트릭 무어헤드는 "FPGA가 주류가 되는 데 이렇게 오랜 기간이 걸린 이유는 CPU보다 프로그램하기가 어렵고 GPU보다 관련 툴이 부실하기 때문이다"라고 말했다.

그래서 최근 몇년간 FPGA 업계는 칩을 보완하는 소프트웨어 스택을 만드는 데 많은 투자를 했다. 예들 들어 인텔은 아리아 10 GX 카드를 위해 오픈CL용 인텔 FPGA SDK, 쿼터스 프라임 프로 에디션(Quartus Prime Pro Edition) 소프트웨어, 인텔 제온 CPU용 FPGA 엑셀러레이션 스택 등을 발표했다. 오는 "우리는 소프트웨어 스택을 만들고 FPGA 프로그램의 어려움을 줄이는 등 대형 소프트웨어 개발 커뮤니티를 지원하는 데 특히 집중하고 있다. 많은 주요 애플리케이션에 FPGA를 적용하는 장벽을 낮추기 위해 꾸준히 노력하고 있다"라고 말했다.

그러나 이런 노력에도 불구하고 개발자가 FPGA를 프로그래밍하려면 CPU보다 더 많은 전문성이 필요한 것은 여전하다. 그래서 인텔은 내부에 전문가 없는 기업도 FPGA를 도입할 수 있도록 서드파티와 협력해 특정 워크로드에 맞는 소프트웨어 액셀러레이션 스택을 미리 개발했다.

실제로 인텔은 개발자 파트너가 완료한 다른 작업을 일부 공개했다. 예를 들어 레빅스(Levyx)는 보안 옵션 거래 시뮬레이션의 속도를 2배 이상 끌어 올린 빅데이터 애플리케이션을 개발했다. 업체는 센트OS 7.4 OS 기반의 아리아 10 FX FPGA 카드를 장착한 델 R640 서버를 사용했으며 기존에는 전통적인 스파크(Spark) 환경이었다. 스웜64(Swarm64)는 관계형 데이터베이스에 집중했다. 역시 센트OS 7.4 OS 기반의 아리아 10 GX FPGA를 장착한 델 R640 서버를 사용해 데이터 분석 속도를 높였다. 스웜64는 레빅스와 달리 제온 CPU를 사용했다. 아리아 10 GX 카드를 장착한 후지쯔와 델 서버는 레드햇 엔터프라이즈 리눅스 7.4와 센트OS 7.4 인증을 받았다.

인텔은 지난 2015년 12월 알테라(Altera)를 167억 달러에 인수하면서 아리아 FPGA 제품군을 확보했다. 이후 알테라 팀은 새로운 스트라틱스(Stratix) FPGA 제품을 개발했다. 인텔은 이 제품을 엔터프라이즈 서버용 스트라틱스 카드와 함께 공개할 예정이다. 스트라틱스 10은 인텔 14nm 트라이게이트 공정으로 생산된다. 사이클로 10(Cyclone 10)으로도 불리는 아리아 10은 TSMC의 20nm 공정으로 생산되고 있다.

경쟁자 자일링스도 가세
한편 알테라의 경쟁사인 자일링스(Xilinx)도 자체 FPGA 제품군을 위한 소프트웨어 스택을 개발해 왔다. 최근에는 프로그래머블 칩의 새로운 카테고리라고 주장하는 ACAP(Adaptive Compute Acceleration Platform)을 공개했다. C/C++, 오픈CL, 파이썬 같은 표준 툴을 이용해 ACAPS를 사용할 수 있다고 업체 측은 설명했다.

결국 특정 작업에 FPGA를 쓸지, GPU를 쓸지 혹은 인텔 혹은 자일링스 FPGA를 선택할 지는 툴에 달려 있다. 시스템 엔지니어가 그들이 다뤄야 하는 워크로드에 맞춰 사용할 수 있는 소프트웨어 툴이 어떤지 세심하게 검토할 것이다. 반면 기존 워크로드에 대해서는 어떤 제품이든 '승자'가 될 수 있다. 무어헤드는 "이 경쟁의 승자는 누가 가장 빨리 가장 큰 생태계를 만드느냐에 달려 있다"라고 말했다. 델 파워엣지 서버의 가격은 일반적으로 2000달러부터 시작한다. 후지쯔는 기업이 직접 문의해야 가격을 확인할 수 있다. ciokr@idg.co.kr