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        英特爾首款支持硬核PCIe Gen4 及超路徑互連(UPI)FPGA量產出貨!

        2019-09-25 14:52:23 來源:EETOP



        近日,英特爾宣布出貨全新英特爾 Stratix 10 DX FPGA (現場可編程邏輯門陣列)。這款新的FPGA 采用的是14納米制程技術,支持英特爾超路徑互連(UPI)和PCI-Express (PCIe) Gen4x16,同時還支持英特爾®傲騰™技術一個新控制器來提供靈活高性能加速,擁有三大主要能力,即高帶寬、低延時和內存能力。英特爾不僅僅為客戶提供硬件本身,同時還包括一系列開發工具及API。目前該產品已經可以進行量產。早在3月前,英特爾就已經出貨工程級樣品設備與開發套件給全球客戶,VMware 是眾多早期使用計劃參與者之一,中國客戶也參與其中。
         

         

        Stratix® 10 DX FPGA采用三種激動人心的新技術來提升服務器性能, 跟隨英特爾Tom Schulte,一起走進英特爾實驗室觀看這三種新技術的演示。 

         
        為深入了解Stratix® 10 DX FPGA英特爾其它系列FPGA 產品的區別,及英特爾未來的技術發展線路圖,9月19日,EETOP記者電話專訪了英特爾公司網絡和自定義邏輯事業部副總裁兼FPGA電源產品營銷總經理Patrick Dorsey。
         

        Stratix 10 FPGA系列
         

        Stratix® 10 FPGA分為多個系列,最新推出的為Stratix® 10 DX FPGA,其他型號在去年已經推出,可以看到FPGA Logic部分,DX與其他系列都是相同的,DX主要增強了對Memory、PCIe Gen4、以及UPI的支持。
         

         

        Stratix 10 DX FPGA英特爾首款支持硬IP PCIe Gen4的FPGA。而對于Stratix 10 其他系列僅僅支持軟IP PCIe Gen4。更具體的說,這款新推出的FPGA支持兩個高性能、以處理器為核心的接口,即英特爾超路徑互連(UPI)和PCI-Express (PCIe) Gen4 x16,同時還支持特定的英特爾®傲騰™數據中心級持久內存雙列直插式內存模塊(DIMM)。
         

        所有這些功能的加強是采用了英特爾的世界最先進的封裝技術(參見:做大芯片要靠堆)來實現的,英特爾可以通過增加或者刪減封裝在整個芯片內的不同功能的小芯片制造出不同型號的FPGA,Stratix 10 DX FPGA正是利用Intel的先進封裝技術,封裝了更先進的Memory接口小芯片以及PCIe Gen4等小芯片打造出來的。

         
        Stratix 10 DX FPGA 的三大應用市場

        Stratix 10 DX FPGA英特爾首個支持PCIe Gen4的FPGA,同時它的獨具特色之處還在于它是采取超路徑互連UPI的。正因為這個產品支持UPI,因此它的一個關鍵價值就是能夠擴展系統內存。有了Stratix 10 DX再加上英特爾至強處理器就可以極大的擴展系統內存。

         

        這種擴展是驚人的。與之前的FPGA型號相比,英特爾認為Stratix 10 DX FPGA提供了新功能和接口特性,其中包括:
        • 與特定的英特爾至強可擴展處理器組合,UPI接口可將延遲降低37% 2,并通過一致的數據移動和28GB/秒的理論峰值傳輸速率而提高整個系統的性能3。我們預計將在2021年提供超高速協議(Compute Express Link),具有內存一致性的FPGA接口是英特爾路線圖的一部分。

        • 符合PCI-SIG標準的Gen4 x16接口提供32GB/秒的理論峰值數據帶寬。數據中心和非數據中心應用的吞吐量大約將提高1倍以上4。

        • 內存控制器支持每個FPGA最多 8個英特爾傲騰數據中心級持久內存模塊(最多4TB非易失性內存)

        • Stratix 10 FPGA的其他現有功能還包括:100GB/秒的以太網,HBM2內存堆棧和帶外設的四核ARM Cortex-A53處理器子系統。

         
        低時延、高帶寬、對基礎設施與應用的加速也是該款產品向客戶以及市場提供解決方案的主要領域。三個不同的領域就是三個不同的市場。Patrick Dorsey特別就“基礎設施與應用的加速”進行了舉例說明。
         

        針對數據中心加速主要包含兩個方面,一是基礎設施加速,一是后備加速也叫應用加速。當運行網絡和云應用的服務器系統需要更高的計算速度時,比如處理人工智能訓練/推理或數據庫相關的工作負載,數據中心客戶越來越多地使用包括FPGA在內的硬件加速器。硬件加速器的有效性能在很大程度上取決于一個或多個服務器CPU、可用系統內存和任何附加加速器(GPU、FPGA、專用標準產品等)之間的通信帶寬和延遲。擁有了Stratix DX的低時延、高帶寬以及內存擴展能力,可以幫助用戶極大的提升應用性能。 
         
        同時,在Intel至強可擴展處理器的基礎上,通過應用Stratix 10 FPGA,使處理器FPGA進行非常高效的合作。Stratix 10 FPGA采納的是UPI以及符合PCIe Gen4的協議。符合UPI一致性的好處體現在,大部分的內存,無論是DDR還是傲騰,通過這種方式在至強處理器FPGA之間共享存儲,在共享過程中不用進行數據遷移或者數據拷貝。這就是一致性和UPI帶來的根本性的好處,因為數據遷移和拷貝會帶來高成本,同時也會降低系統的性能。 
         

        此外,在邊緣計算應用中,例如AI或者是神經網絡的計算任務上,要求應用進行超快速的響應。Stratix 10 DX擁有UPI之后,對比僅僅使用PCIe的響應速度快37%。而在網絡應用當中,擁有了PCIe Gen4之后,是前一代PCIe Gen3帶寬的兩倍,這使得數據處理更為快速,同時也擁有以太網功能,這也是FPGA所帶來的。第三則是在數據中心,云服務提供商或是企業級數據中心方面,通過英特爾的異構計算架構,至強可擴展處理器再加上FPGA,也就是多節點的計算架構,同時擁有PCIe Gen4與UPI的互聯,總帶寬是過去的2.6倍。在有了新FPGA的能力之后,在這三個市場當中,基本都能夠實現超兩倍以上的性能表現優化。 
         

        問題與機遇:架構融合發展是趨勢 

         
        隨著5G時代的到來,一個萬億級鏈接的時代也即將來到,而5G的毫秒級時延、超大的帶寬,都要求企業必須快速響應市場。對于集成電路而言,后摩爾時代,通用計算難以為繼幾乎是行業共識,新材料、新結構和新原理的器件及3D技術是IC發展的新技術熱點,新型計算和應用成為IC發展的驅動力。 
         
        從根本上來講,面對指數級增長的數據,客戶尋求的是如何將這些數據貨幣化,如何通過全新的應用以及對現有應用進行提速來實現貨幣化的目的。Patrick Dorsey認為:“要想充分利用這些海量的數據就需要異構的解決方案。這種異構的架構包含了CPU、GPU、AI芯片以及FPGA,只有綜合的運用它們,針對性的去解決所面臨的具體問題才能夠達到一個完整的解決方案。” 

         
        英特爾是業界唯一一個囊括AI芯片、CPU、GPUFPGA全部四種架構的廠商。不過,Patrick Dorsey介紹說,僅僅擁有四種架構是不夠的,要保證客戶能夠充分的利用這些架構的優勢,就需要實現架構的融合發展。為更好的服務客戶,英特爾正通過兩個方面的努力來實現應對全新的異構時代:第一是針對開發者,第二是針對端到端的硬件部署。 

         
        針對開發者,英特爾會和開發者密切合作,并且提供英特爾的產品路線圖。使得開發者從一開始就能夠比較準確的定位方向,無論是CPU、GPU、AI芯片還是FPGA。如包含了OpenVINO、AI平臺以及英特爾最近宣布的oneAPI統一的應用開發接口,這使得開發者群體可以有統一的標準來進行單一系統但是多種不同架構的開發。 

        針對硬件的部署,英特爾和OEM廠商如聯想、浪潮等進行密切合作,幫助企業進行相應規范的認證過程。如應用英特爾FPGA或者至強處理器服務器的,英特爾會幫助判斷是否符合規范。同樣的操作也應用于5G,英特爾也在幫助客戶使用vRAN對數據中心應用5G。英特爾通過這些來確保OEM在使用其FPGA時,其他硬件架構都能夠滿足規范要求。目前,英特爾在七個不同的應用領域上都和OEM進行了關于合規的合作。 
         

        英特爾未來的完整線路圖 

        英特爾提供了從邊緣到云端加速的FPGA解決方案,獨特的解決方案整合了至強SP、FPGA、UPI/CXL和傲騰技術。FPGA的核心不變,通過不同封裝及小芯片的不同疊加來實現。

        對于未來的完整路線圖,Patrick Dorsey表示:“Stratix 10 DX FPGA只是一個開始。英特爾會推出Agilex(今年3月已發布),這是基于10納米制程的FPGA。它將支持下一代UPI,也就是基于CXL的開放標準接口。同時還將會支持下一代PCIe標準。最重要的是,現在應用開發者、系統集成商以及各類設計人員就已經可以去使用UPI去進行應用開發。在Agilex推出之后英特爾還將幫助客戶進行向CLX進行無縫轉移,以及后續的迭代過程。因此客戶可以持續的享受帶寬提升和時延降低的好處。”

         

         

         

        據了解,Agilex系列已向參與早期使用計劃的客戶出貨,明年將正式量產。Agilex目前的產品采用的是10納米制程技術,但是并不限于10納米,未來可能使用多種制程技術,Agilex將是未來新的英特爾FPGA產品系列。Stratix 10 DX FPGA在現有基礎架構上還有更高層次的架構,可以整合UPI以及CXL,這些能力都將納入到英特爾下一代的產品當中。并且在封裝時,會在獨立的模組上提供UPI。UPI、PCIe這些接口協議實際上是單獨的小芯片實現的,能夠很容易的升級到CXL,這樣在遷徙升級的時候非常方便,能夠可以很快的達成設計目標。 

        針對5G方面,FPGA可以應用于5G基帶和5G無線。Patrick Dorsey介紹說:“關于5G的應用,英特爾已經在與樂天日本運營商和中國移動開展合作。”Stratix 10 DX FPGA主要是針對5G的基帶,其好處主要體現在低時延,尤其是當5G走向數據中心,在vRAN方面應用的時候配合FPGA和至強處理器,采用Stratix 10 DX可以進行諸多網絡功能的加速。

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