Hitek Systems ตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมสำหรับบอร์ดเร่งความเร็วที่ใช้ FPGA

สรุปข้อมูลผู้บริหาร

หลังจากการเปิดตัวตระกูลเอฟพีจีเอ Intel Agilex® ในปี 2019 ซึ่งปัจจุบันได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็น FPGA ขนาด 7 นาโนเมตรที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในอุตสาหกรรม¹ Hitek Systems ได้ทำงานเพื่อรวมเอฟพีจีเอ Intel Agilex ในกลุ่มผลิตภัณฑ์ตัวเร่งความเร็วประสิทธิภาพสูงของตัวเอง (HiPrAcc™) หลังจากประเมินขั้นตอนการออกแบบและพัฒนาบอร์ดในปัจจุบัน Hitek Systems สรุปว่าการกำหนดมาตรฐานขั้นตอนการพัฒนาเพื่อเพิ่มการใช้ซ้ำให้สูงสุดและเร่งเวลาออกสู่ตลาดนั้นจะช่วยตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับตัวเร่งความเร็วที่ใช้ FPGA ได้ดีกว่า

ในการทำเช่นนั้น Hitek Systems ได้รวมโครงสร้างพื้นฐานฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ Open FPGA Stack (OFS) แบบโอเพนซอร์สเข้าด้วยกัน การใช้ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์พื้นฐานของ OFS จับคู่กับเอกสารทางเทคนิคแบบโอเพ่นซอร์ส ช่วยให้ขั้นตอนการพัฒนาง่ายขึ้น และเพิ่มการใช้ซ้ำและการพกพาในตระกูลตัวเร่งความเร็ว PCIe

การใช้โครงสร้างพื้นฐาน OFS ทำให้ Hitek Systems มีแพลตฟอร์มเร่งความเร็วที่ใช้เอฟพีจีเอ Intel Agilex 7 สองแพลตฟอร์มซึ่งมีวางจำหน่ายแล้วในปัจจุบัน โดยจะมีเพิ่มเติมในปี 2023 และ 2024

พื้นหลังและความท้าทาย

Hitek Systems เป็นบริษัทที่เชี่ยวชาญด้านบอร์ดและแพลตฟอร์มการพัฒนาระดับไฮเอนด์ที่ขับเคลื่อนด้วย FPGA, คอร์ทรัพย์สินทางปัญญา (IP) ของเครือข่ายและการส่งต่อข้อผิดพลาด (FEC), เฟิร์มแวร์ FPGA, บริการออกแบบ FPGA, ไดรเวอร์อุปกรณ์ และ Application Programming Interfaces (API) ในเมืองเจอร์แมนทาวน์ รัฐแมริแลนด์ Hitek Systems พัฒนาทุกอย่างภายในบริษัท ทำให้มีโมเดลธุรกิจที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถนำไปใช้ได้ในช่วงเวลาเร่งด่วนในการออกสู่ตลาดสำหรับการพัฒนาบอร์ดแบบกำหนดเอง

Intel เปิดตัวตระกูลเอฟพีจีเอ Intel Agilex ในปี 2019 ตั้งแต่นั้นมา ตระกูลเอฟพีจีเอ Intel Agilex ได้ขยายเพื่อรวมพลังงานต่ำไปสูงและความหนาแน่นของลอจิกในการใช้งานที่หลากหลาย เอฟพีจีเอ Intel Agilex 7 series รวมเอา FPGA ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในอุตสาหกรรม ซึ่งให้ประสิทธิภาพ Fabric ต่อวัตต์ที่ดีขึ้นประมาณ 2 เท่า เมื่อเทียบกับ FPGA ขนาด 7 นาโนเมตร ¹ ของคู่แข่งประมาณ 2 เท่า ปัจจุบันเอฟพีจีเอ Intel Agilex 7 และ SoC FPGA มีจำหน่ายในซีรีส์ F, I และ M โดยกำหนดเป้าหมายไปที่การใช้งานที่ใช้แบนด์วิดท์จำนวนมาก เน้นการประมวลผล และต้องใช้หน่วยความจำมาก ตามลำดับ

ในปี 2023 ตระกูลเอฟพีจีเอ Intel Agilex ยังคงมอบประสิทธิภาพสูงสุดในอุตสาหกรรม และกลายเป็นส่วนสำคัญในอุตสาหกรรม FPGA สำหรับประสิทธิภาพชั้นนำและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ด้วยเหตุนี้ ความต้องการของผู้ใช้ปลายทางสำหรับการ์ดเร่งความเร็วที่ใช้เอฟพีจีเอ Intel Agilex โดยเฉพาะการ์ดที่เปิดใช้งานโฟลว์การพัฒนาระดับสูงด้วย oneAPI จึงเพิ่มขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้เท่านั้น

อย่างไรก็ตาม การพัฒนาบอร์ดที่ใช้ FPGA แบบกำหนดเองตั้งแต่เริ่มต้นนั้นมีความซับซ้อนและใช้เวลานานมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ FPGA ประสิทธิภาพสูงก้าวข้ามขีดจำกัดของประสิทธิภาพของการ์ด PCIe นอกจากนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าการย้ายการออกแบบ FPGA ที่มีอยู่ไปยัง FPGA ของผู้จำหน่ายรายอื่นหรือ FPGA รุ่นอื่นยังเป็นงานที่ยาก เนื่องมาจาก IP ของผู้จำหน่ายที่แตกต่างกัน เครื่องมือ ไลบรารี และฮาร์ดแวร์ในตัว เช่น อัตราข้อมูลสองเท่า (DDR) การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) และ I/O ที่แตกต่างกันระหว่างผู้ผลิตและตระกูล FPGA

หากไม่มีโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้ซ้ำได้และเป็นมาตรฐาน บอร์ดแบบกำหนดเองหลายตัวจำเป็นต้องมีแพ็คเกจสนับสนุนบอร์ด (BSP) หลายตัวเพื่อสร้าง พัฒนา และบำรุงรักษาแยกกัน API แบบกำหนดเองและเครื่องมือซอฟต์แวร์ยังจำเป็นสำหรับการ์ด FPGA แต่ละการ์ด ทำให้การจัดการและบำรุงรักษาในกลุ่ม FPGA และเวอร์ชันเครื่องมือทำได้ยาก การ์ดอาร์เรย์นี้ซึ่งใช้ API เครื่องมือ และการกำหนดเวอร์ชันที่แตกต่างกัน ยังต้องการการสนับสนุนลูกค้าในระดับสูงอีกด้วย

เพื่อใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี FPGA ล่าสุดและมีประสิทธิภาพดีที่สุด ตอบสนองความต้องการของตลาดนี้ และนำโซลูชันของเราออกสู่ตลาดเร็วขึ้น Hitek Systems พบว่าจำเป็นต้องนำแนวทางที่เป็นมาตรฐานและเป็นหนึ่งเดียวมาใช้กับพอร์ตโฟลิโอของบอร์ดของตน

โซลูชัน

เพื่อช่วยให้บอร์ด FPGA และผู้จำหน่ายเวิร์กโหลดขยายขนาดและนำโซลูชันออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น Intel ได้พัฒนาและเปิดซอร์สโครงสร้างพื้นฐาน OFS ซึ่งเป็นเครื่องมือพื้นฐานที่สำคัญสำหรับการพัฒนาที่ใช้เอฟพีจีเอ Intel Agilex OFS มอบซอร์สโค้ดฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ เอกสารประกอบ ตัวอย่างอ้างอิง และเครื่องมือทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นการพัฒนาบน FPGA ในพื้นที่เก็บข้อมูล GitHub แบบโอเพ่นซอร์ส โครงสร้างพื้นฐานอ้างอิงนี้รวมเอาส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดที่นักพัฒนาบอร์ดสามารถปรับเปลี่ยนหรือใช้ประโยชน์ได้

โครงสร้างพื้นฐาน OFS มอบแนวทางที่เป็นหนึ่งเดียวสำหรับการสร้างและบำรุงรักษา BSP ทั่วทั้งตระกูลบอร์ด HiPrAcc ของ Hitek Systems โครงสร้างพื้นฐานนี้ประกอบด้วย FPGA Interface Manager (FIM) ที่เรียกกันทั่วไปว่า “เชลล์” และภูมิภาค Accelerator Functional Unit (AFU) ซึ่งเป็นภูมิภาคที่กำหนดสำหรับการพัฒนาปริมาณงาน การใช้ OFS, บอร์ด – หรือนักพัฒนาโปรแกรม FIM – สามารถใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานโอเพ่นซอร์ส – หรือ FIM พื้นฐาน – เพื่อพัฒนา FIM ที่ปรับและแต่งได้อย่างรวดเร็วสำหรับบอร์ดของพวกเขาตามการใช้งานหรืออุตสาหกรรมเป้าหมาย ในทำนองเดียวกัน OFS มีเฟรมเวิร์กซอฟต์แวร์โอเพ่นซอร์สที่นักพัฒนาสามารถใช้ประโยชน์จากไดรเวอร์เคอร์เนลอัปสตรีมและโอเพ่นซอร์สเพื่อเร่งการรวมเข้ากับเฟรมเวิร์กทั่วไป OFS นำเสนอความสามารถอื่นๆ เช่น การกำหนดค่าใหม่บางส่วน ขั้นตอนการพัฒนาระดับสูง เช่น oneAPI และอินเทอร์เฟซ Arm AMBA* และ AXI มาตรฐาน OFS ช่วยให้นักพัฒนาบอร์ดสามารถส่งต่ออินเทอร์เฟซ AFU ที่เป็นหนึ่งเดียวกันได้ ดังนั้นลูกค้าของพวกเขาซึ่งเป็นนักพัฒนา AFU จึงสามารถใช้ประโยชน์จากการลงทุนด้าน IP ในบอร์ด FPGA ต่างๆ ได้

ด้วยการนำโครงสร้างพื้นฐาน OFS และขั้นตอนการพัฒนามาใช้ และการใช้ FIM พื้นฐานที่มีให้ Hitek Systems พบว่ามีมาตรฐานและความสามารถในการพกพามากขึ้นในกลุ่ม FPGA และโฟลว์เครื่องมือ ทำให้เราสามารถพัฒนา BSP ของเราได้อย่างรวดเร็วด้วยการใช้ซ้ำข้ามแพลตฟอร์มมากขึ้น และมอบประสบการณ์การออกแบบ AFU ที่สม่ำเสมอและคาดการณ์ได้ให้แก่ลูกค้าของเรา

ผลลัพธ์

Hitek Systems กำลังจัดส่งและพัฒนากลุ่มผลิตภัณฑ์เร่งความเร็วประสิทธิภาพสูง HiPrAcc ซึ่งใช้เอฟพีจีเอ Intel Agilex 7 ซึ่งกำหนดเป้าหมายไปที่การใช้งานในระบบเครือข่าย การคำนวณ และการจัดเก็บข้อมูลในการ์ด การ์ดเหล่านี้มีจำหน่ายในฟอร์มแฟคเตอร์ที่ใช้ PCIe หลากหลาย รวมถึงโปรไฟล์ต่ำ (HHHL-SS) ความสูงเต็ม (FHHL-SS) และโปรไฟล์ GPU (FH¾L-DS) การ์ดโปรไฟล์ GPU ได้รับการออกแบบมาให้วางลงในเซิร์ฟเวอร์ที่รองรับ NVIDIA GPU

นอกจากนี้ Hitek Systems ยังกำลังพัฒนาการ์ด HiPrAcc PCIe อีกสองการ์ดที่ใช้เอฟพีจีเอ Intel Agilex 7 F-Series และ I-Series พร้อมไทล์ R และ F บอร์ดเพิ่มเติมเหล่านี้จะกระทบการผลิตภายในสิ้นปี 2023

วิธีเริ่มต้นใช้งานการเร่งความเร็ว FPGA โดยใช้ Open FPGA Stack

นักพัฒนาโปรแกรมเอฟพีจีเอสามารถเลือกบอร์ดที่รองรับ HiPrAcc NC100 หรือ HiPrAcc NCS200 OFS ของ Hitek Systems และใช้เอกสารโอเพ่นซอร์สและซอร์สโค้ดเพื่อเริ่มต้นสร้างเวิร์กโหลดแบบกำหนดเอง
ตารางต่อไปนี้สรุปวิธีที่นักพัฒนาสามารถเริ่มต้นการพัฒนาเวิร์กโหลดบน FPGA โดยใช้บอร์ดเร่งความเร็ว Hitek Systems