云計算、萬物互聯、大數據分析，以及不斷涌現的人工智能等，對應用負載提出了越來越高的期待，企業對于系統性能的要求自然也是水漲船高。

在傳統軌跡上，擠牙膏式地對處理器進行加強是多年來的不二法門。然而時過境遷，支撐處理器的摩爾定律已經接近邊緣盡頭，在多元化且近幾何級的計算需求面前，應用負載更需要進入全新的、系統級別的提升。

對異構計算的探索跋涉就是一種對于計算性能瓶頸的突破。異構計算是一種特殊形式的并行和分布式的計算，它通過引入GPU、ASIC、FPGA或其它加速器，配合CPU去執行各自最擅長的任務，從而實現計算性能和成本的最優化。

以異構計算為基礎的計算系統能夠打破 CPU 和外圍設備間數據傳輸的瓶頸，讓更多的硬件設備參與計算，如用專用硬件完成密集計算或者外設管理等，從而顯著提高系統性能。

作為異構計算領域的開拓者，IBM這些年來也一直在探索更高帶寬、更低延遲的異構計算接口，減少CPU和異構核心之間的接口的傳輸能力對異構計算性能優勢的限制。

2013年，IBM推出第一代CAPI 1.0接口(Coherent Acceleration Processor Interface 1.0)，同時，為了加速OpenCAPI的應用，IBM與幾家頂級的國際化公司(包括AMD、Google、IBM、Mellanox、Micron、Xilinx)建立了獨立的標準化組織OpenCAPI，在異構計算的潮流中致力于推動高速硬件接口設計全面進入內存一致性時代。如今第三代CAPI接口開放給更多的異構計算開發者使用，名為OpenCAPI接口。

需要強調的是，雖然OpenCAPI首發于POWER9，但是它的設計特性并沒有綁定在POWER架構上，完全可以嵌入到其他種類的處理器架構之上。

OpenCAPI接口能夠有效地分擔CPU的負荷，為客戶提供一種可訂制、高效易用的硬件加速解決方案——這一原始定義非常樸素，但方寸之間，深不見底，它是新一代異構計算的基礎設施。

從2018年開始，通過在中國舉辦OpenCAPI異構計算大賽，IBM希望來自高校的理工學子能夠通過了解OpenPOWER和OpenCAPI進一步實踐異構計算，在未來逐漸成長為科技創新的儲備軍和中堅力量。

2019年鳴鑼的OpenPOWER + OpenCAPI異構計算設計大賽則是吸引了來自14所高校的21支隊伍。顯然，OpenPOWER + OpenCAPI的組合正在吸引更多的關注，新的生態逐漸孵育成熟，正在蓄勢待發。

OpenPOWER+OpenCAPI

李孝聰，西安交通大學在讀碩士。本次大賽中，他和他的隊友們順利闖過初賽，與其他9支隊伍共同殺入到復賽當中。

作為一枚經常參加各種校外比賽的“研究僧”，李孝聰表示，在大學里接觸異構計算的場合并不是很多，此前基本上是通過閱讀論文、搜索資料這樣遠距離的學習來獲取理解，而大賽提供了多次與OpenPOWER+OpenCAPI“親密接觸”的機會，李孝聰和他的隊友們也得以與許多共同學習OpenCAPI技術的參賽團隊進行深入交流。

遠超李孝聰預期的是，主辦方為參賽隊伍提供了一對一的企業導師，導師們傳播知識、理解應用場景，能為參賽方案提出優化建議和點睛式的改進點撥，這是同類賽事其它主辦方難以提供的優勢資源。

此外，主辦方還提供了服務器與板卡，參賽者不僅可以在理論上討論加速效果，更可以在服務器上實現加速效果，親自感受OpenCAPI異構計算的巨大威力。在接下來的時間里，李孝聰希望進一步改進方案，完成最終的設計。

李孝聰團隊的方案主要是圍繞密碼學的算法。由于計算量非常大，算法也比較復雜、串行度大，因此團隊的設計初衷就是利用FPGA(Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)，更靈活地設計邏輯電路，賦予它更強大的加速能力。

相較而言，他的感受是，OpenCAPI有著非常領先的前瞻性和技術水準。譬如AES、SM3等算法，它們在計算速度上沒有什么問題，但是對帶寬要求非常高，一般的系統上是很難實現的。而OpenCAPI則是優勢明顯，第三代協議的OpenCAPI已經能夠提供25GB/s的接口速度。

李孝聰表示，在不占用資源的情況下，團隊會盡可能使用OpenCAPI的接口帶寬，并根據FPGA的資源情況適當地調整一下它的流水線級數，保證更好的工作效率。

在高帶寬之外，OpenCAPI還具有低延時的特性，能夠為數據從FPGA端傳送到CPU端或是反向傳輸，提供極好的支撐。

以SM2橢圓曲線公鑰密碼算法為例，如我們所知，這是個運算量比較大的算法，同時也對數據傳輸有著很高的要求。由于具備低延時的特點，OpenCAPI不僅能夠加速SM2算法的運算，還可以讓數據的傳輸更快，整個系統也由此更具安全優勢。

生態的“移山”之旅