最新白皮書:軟件定義的硬件打開通往高性能數(shù)據(jù)加速的大門

在眾多行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，基于硬件的數(shù)據(jù)處理加速是構(gòu)建高性能、高效率智能系統(tǒng)的關(guān)鍵之處，因而市場上出現(xiàn)了諸如FPGA、GPU和xPU等許多通用或者面向特定應(yīng)用（如NPU）的硬件加速器。盡管它們的性能和效率都高于通用處理器，但是開發(fā)人員還是一直在為各種新興應(yīng)用尋找可重構(gòu)的但性能又如ASIC一樣的硬件加速器，同時還可以最大限度重用其開發(fā)成果。

高性能FPGA成為了諸多智能化應(yīng)用的首選硬件加速器，相對于目前大熱的GPU來進行數(shù)據(jù)加速，采用FPGA的實現(xiàn)方式通?？梢詭砀偷难舆t和更高的能效；同時，當(dāng)新的需求、應(yīng)用、協(xié)議和安全威脅出現(xiàn)時，F(xiàn)PGA能夠更新算法和協(xié)議處理，從而使它們成為網(wǎng)絡(luò)加速的理想基礎(chǔ)平臺；尤其是具有獨立內(nèi)部寬帶連接的片上網(wǎng)絡(luò)（NOC）和高速外部接口（單通道112Gbps）的新一代FPGA器件，足以應(yīng)付和處理巨大的數(shù)據(jù)流量。

但是從諸如大模型、新一代通信、智能駕駛、自動駕駛和金融科技等近年來不斷快速成長的新興市場來看，企業(yè)投入了巨大成本和大量時間去做FPGA開發(fā)，僅靠FPGA器件這樣的可編程硬件是不能全面應(yīng)對市場和生態(tài)的發(fā)展演變的。

這是因為他們的企業(yè)數(shù)據(jù)中心或者邊緣計算解決方案在不同的發(fā)展階段，對硬件的產(chǎn)品形態(tài)和成本的要求是不一樣的，他們需要盡可能不改動已有的FPGA開發(fā)成果并找到合理硬件形態(tài)來適配應(yīng)用的規(guī)模和使用量。

在不久前發(fā)布的新版白皮書《軟件定義的硬件提供打開高性能數(shù)據(jù)加速大門的鑰匙（WP019）》中，就揭示了一種全新的可編程硬件應(yīng)用模式，可以為用戶帶來巨大的方便性和經(jīng)濟性。

例如，在研發(fā)的初期可更快更方便地采用符合PCIe等標(biāo)準(zhǔn)接口的加速卡來啟動項目和小規(guī)模量產(chǎn)；而在全面量產(chǎn)時則可以選擇獨立FPGA芯片來打造系統(tǒng)產(chǎn)品；如果應(yīng)用規(guī)模進一步上升，還可以選擇嵌入式FPGA（eFPGA） IP產(chǎn)品來定制SoC或者ASIC。

作為一家長期提供硬件加速卡產(chǎn)品的供應(yīng)商，在從云加速的高性能計算到相關(guān)設(shè)備的多樣化市場中，BittWare是唯一一家可與多家主流FPGA芯片供應(yīng)商合作的重要批量化供應(yīng)商，在基于FPGA的PCIe板卡設(shè)計方面積累了豐富的經(jīng)驗，能夠滿足企業(yè)客戶的質(zhì)量認證、驗證、產(chǎn)品生命周期管理和支持需求，這些客戶希望為關(guān)鍵任務(wù)型應(yīng)用去大規(guī)模部署FPGA加速器。

BittWare與Achronix緊密合作開發(fā)了最新一代的基于Achronix的FPGA芯片的PCIe加速卡。Achronix是唯一一家能夠同時提供獨立FPGA芯片和嵌入式eFPGA IP的FPGA技術(shù)供應(yīng)商，在雙方合作開發(fā)了PCIe加速卡以后，用戶的開發(fā)成果可以得到更廣泛的應(yīng)用，而且對硬件形態(tài)的選擇則更加靈活和經(jīng)濟。

這款VectorPath?S7t-VG6加速卡使用了Achronix采用7nm工藝打造的、結(jié)合了很多功能的Speedster^?7t FPGA芯片，不僅可以在內(nèi)部提供高吞吐量數(shù)據(jù)加速，而且還支持從機器學(xué)習(xí)到先進儀器等系統(tǒng)所需的高度分布式、網(wǎng)絡(luò)化的架構(gòu)。

VectorPath S7t-VG6中使用的Speedster7t FPGA直接支持分布式架構(gòu)，標(biāo)志著傳統(tǒng)FPGA架構(gòu)的重大轉(zhuǎn)變，使面向軟件的開發(fā)人員更容易構(gòu)建定制處理單元。這種創(chuàng)新的新架構(gòu)與傳統(tǒng)FPGA形成鮮明對比，這非常適合今天數(shù)據(jù)通量巨大的智能化應(yīng)用，而傳統(tǒng)FPGA的設(shè)計并不注重數(shù)據(jù)加速。

與傳統(tǒng)的FPGA架構(gòu)相比，Speedster7t FPGA芯片的一個關(guān)鍵差異化點在于它包括一個創(chuàng)新的二維片上網(wǎng)絡(luò)（2D NoC），可以在邏輯陣列內(nèi)的處理單元與各種片上高速接口和存儲器端口之間傳輸數(shù)據(jù)。Speedster7t NoC不再需要設(shè)計CDC和交換功能來將加速器連接到高速數(shù)據(jù)或內(nèi)存端口。通過簡單地將這些功能連接到NoC，就消除了連接方面的難題，從而簡化了設(shè)計，減少了FPGA資源的消耗，提高了性能并簡化了時序收斂。

考慮到用戶需要在多種多樣的應(yīng)用中尋求數(shù)據(jù)加速功能，BittWare和Achronix已經(jīng)創(chuàng)建了一種高度靈活的引擎，無論它們是被單獨使用，還是作為大型異構(gòu)處理陣列中的一部分，都可以被輕松部署。作為該加速卡的核心芯片，Speedster7t FPGA為開發(fā)人員提供了構(gòu)建高吞吐量應(yīng)用的能力，這些應(yīng)用可以充分利用可編程邏輯、PCIe Gen5以及高達400 Gbps的以太網(wǎng)連接。

BittWare的軟件和支持保證了這些開發(fā)人員在插入加速卡后，就可以立即開始工作，即可支持應(yīng)用的開發(fā)和量產(chǎn)。同時，由于這些加速卡上FPGA和Speedster7t FPGA及Speedcore eFPGA IP皆使用同一開發(fā)工具，隨著應(yīng)用的變化和市場發(fā)展，這些硬件組合可以最大限度地延長其生命周期，并為最終應(yīng)用的商業(yè)化提供了更多的選擇。