《電子技術(shù)應(yīng)用》
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Achronix創(chuàng)造全新FPGA+技術(shù) 專為機(jī)器學(xué)習(xí)和高帶寬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而優(yōu)化

2019-06-03
關(guān)鍵詞: Achronix FPGA

  當(dāng)前,移動(dòng)互聯(lián),、萬(wàn)物互聯(lián),、工業(yè)4.0、人工智能,、自動(dòng)駕駛、5G網(wǎng)絡(luò)等一波又一波的革新應(yīng)用正在推動(dòng)整個(gè)軟硬件系統(tǒng)的巨大變革浪潮--從超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心到企業(yè)私有數(shù)據(jù)中心,,再到各種領(lǐng)域的邊緣計(jì)算,,對(duì)于這些新興系統(tǒng)中的各個(gè)部分,如計(jì)算,、分析,、網(wǎng)絡(luò)處理、存儲(chǔ)以及人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)等都帶來前所未有的挑戰(zhàn),。

  如何有效支撐日新月異的新應(yīng)用,,如何滿足各種應(yīng)用急速增長(zhǎng)的處理性能需求,如何應(yīng)對(duì)在性能提升的同時(shí)帶來的能耗大幅增長(zhǎng),,如何應(yīng)對(duì)新系統(tǒng)大量部署所帶來的成本壓力……對(duì)于這些層出不窮的挑戰(zhàn),,傳統(tǒng)的架構(gòu)已無(wú)法有效應(yīng)對(duì)。市場(chǎng)需要一系列全新的解決方案,,以應(yīng)對(duì)高性能,、靈活和上市時(shí)間等方面的不同需求。

  高性能嵌入式FPGA半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)導(dǎo)性企業(yè)Achronix半導(dǎo)體公司,,日前在北京舉行新產(chǎn)品發(fā)布會(huì),。Achronix公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官Robert Blake、亞太區(qū)總經(jīng)理羅煒亮出席會(huì)議并介紹了該公司革新的FPGA產(chǎn)品Speedster7t以及在中國(guó)市場(chǎng)的最新進(jìn)展和策略,。

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Achronix公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官Robert Blake

  Speedster7t創(chuàng)造了一類全新的“FPGA+”技術(shù)

  Speedster7t系列基于一種高度優(yōu)化的全新架構(gòu),,以其所具有的如同ASIC一樣的性能、可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的FPGA靈活性和增強(qiáng)功能,,從而遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的FPGA解決方案,,可有效解決高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)加速,、超高帶寬網(wǎng)絡(luò)處理,、機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。

  Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品是專為高帶寬應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì),,具有一個(gè)革命性的全新二維片上網(wǎng)絡(luò)(2D NoC),,以及一個(gè)高密度全新機(jī)器學(xué)習(xí)處理器模塊陣列。通過將FPGA的可編程性與ASIC的布線結(jié)構(gòu)和計(jì)算引擎完美地結(jié)合在一起,,Speedster7t系列產(chǎn)品創(chuàng)造了一類全新的“FPGA +”技術(shù),。

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  Speedster7t系列產(chǎn)品創(chuàng)造了一類全新的“FPGA +”技術(shù)

  “我們正處于智能化、自學(xué)習(xí)計(jì)算的高增長(zhǎng)階段的早期,這種計(jì)算將廣泛影響我們?nèi)盏某I??!盇chronix Semiconductor總裁兼首席執(zhí)行官Robert Blake表示:“Speedster7t是Achronix歷史上最令人激動(dòng)的發(fā)布,代表了建立在四個(gè)架構(gòu)代系的硬件和軟件開發(fā)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和積淀,,以及與我們領(lǐng)先客戶之間的密切合作,。Speedster7t是靈活的FPGA技術(shù)與ASIC核心效率的融合,從而提供了一個(gè)全新的‘FPGA+’芯片品類,,它們可以將高性能技術(shù)的極限大大提升,。”

  Speedster7t的三大創(chuàng)新

  據(jù)Robert介紹,,Speedster7t FPGA系列產(chǎn)品基于臺(tái)積電(TSMC)的7nm FinFET工藝,,具有革命性的新型二維片上網(wǎng)絡(luò)(2D NoC)和一系列針對(duì)高帶寬和人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)(AI / ML)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化的新型機(jī)器學(xué)習(xí)處理器(MLP)。Speedster7t器件還具有滿足未來AI/ML需求所需的超高帶寬接口,,包括400G以太網(wǎng)端口,、用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜CI Express Gen5端口以及用于業(yè)界最靈活、低成本,、高帶寬存儲(chǔ)的GDDR6控制器,。

  創(chuàng)新一:新型機(jī)器學(xué)習(xí)處理器(MLP) 為計(jì)算性能進(jìn)行了高度的優(yōu)化

  Speedster7t FPGA的核心是其全新機(jī)器學(xué)習(xí)處理器(MLP)中大規(guī)模的可編程計(jì)算單元平行陣列,它們可提供業(yè)界最高的,、基于FPGA的計(jì)算密度,。MLP是高度可配置的、計(jì)算密集型的單元模塊,,可支持4到24位的整點(diǎn)格式和高效的浮點(diǎn)模式,,包括對(duì)TensorFlow的16位格式的支持,以及可使每個(gè)MLP的計(jì)算引擎加倍的增壓塊浮點(diǎn)格式的直接支持,。

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  MLP與嵌入式存儲(chǔ)器模塊緊密相鄰,,通過消除傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中與FPGA布線相關(guān)的延遲,來確保以750 MHz的最高性能將數(shù)據(jù)傳送到MLP,。這種高密度計(jì)算和高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)合使得處理器邏輯陣列能夠提供基于FPGA的最高可用計(jì)算能力以每秒萬(wàn)億次運(yùn)算數(shù)量為單位(TOPS,,Tera-Operations Per Second)。

  創(chuàng)新二:世界級(jí)的帶寬 全球第一款直接加載了GDDR6的FPGA產(chǎn)品

  高性能計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的關(guān)鍵之處是高片外存儲(chǔ)器帶寬,,從而為多個(gè)數(shù)據(jù)流提供存儲(chǔ)源和緩沖,。 Speedster7t器件是唯一支持GDDR6存儲(chǔ)器的FPGA,該類存儲(chǔ)器是具有最高帶寬的外部存儲(chǔ)器件,。每個(gè)GDDR6存儲(chǔ)控制器都能夠支持512 Gbps的帶寬,,Speedster7t器件中有多達(dá)8個(gè)GDDR6控制器,可以支持4 Tbps的GDDR6累加帶寬,,并且以很小的成本就可提供與基于HBM的FPGA等效存儲(chǔ)帶寬,。

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  除了這種非凡的存儲(chǔ)帶寬,,Speedster7t器件還包括業(yè)界最高性能的接口端口,以支持極高帶寬的數(shù)據(jù)流,。Speedster7t器件擁有多達(dá)72個(gè)業(yè)界最高性能的SerDes,,可以達(dá)到1到112 Gbps的速度。還有帶有前向糾錯(cuò)(FEC)的硬件400G以太網(wǎng)MAC,,支持4x 100G和8x 50G的配置,,以及每個(gè)控制器有8個(gè)或16個(gè)通道的硬件PCI Express Gen5控制器。

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  創(chuàng)新三:革命性的2D片上網(wǎng)絡(luò)(NOC) 實(shí)現(xiàn)超高效率的數(shù)據(jù)移動(dòng)

  來自Speedster7t高速I / O和存儲(chǔ)器端口的數(shù)萬(wàn)兆比特?cái)?shù)據(jù)很容易淹沒傳統(tǒng)FPGA面向比特位的可編程互連邏輯陣列的路由容量,,而Speedster7t架構(gòu)包含一個(gè)可橫跨和垂直跨越FPGA邏輯陣列的創(chuàng)新性的,、高帶寬的二維片上網(wǎng)絡(luò)(NOC),它們連接到所有FPGA的高速數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器接口,。它們就像疊加在FPGA互連這個(gè)城市街道系統(tǒng)上的空中高速公路網(wǎng)絡(luò)一樣,Speedster7t的NoC支持片上處理引擎之間所需的高帶寬通信,。NoC中的每一行或每一列都可作為兩個(gè)256位實(shí)現(xiàn),,單向的、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的AXI通道,,工作頻率為2Ghz,,同時(shí)可為每個(gè)方向提供512 Gbps的數(shù)據(jù)流量。

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  通過在Speedster中實(shí)現(xiàn)專用二維 NoC,,極大地簡(jiǎn)化了高速數(shù)據(jù)移動(dòng),,并確保數(shù)據(jù)流可以輕松地定向到整個(gè)FPGA結(jié)構(gòu)中的任何自定義處理引擎。最重要的是,,NOC消除了傳統(tǒng)FPGA使用可編程路由和邏輯查找表資源在整個(gè)FPGA中移動(dòng)數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)的擁塞和性能瓶頸,。這種高性能網(wǎng)絡(luò)不僅可以提高Speedster7t FPGA的總帶寬容量,還可以在降低功耗的同時(shí)提高有效LUT容量,。

  Speedster7t FPGA可無(wú)縫切換到ASIC 用以滿足大批量需求

  Achronix是唯一一家既提供獨(dú)立FPGA芯片又提供Speedcore嵌入式FPGA(eFPGA)半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)的公司,。Achronix在Speedcore eFPGA IP中采用了與Speedster7t FPGA中使用的同一種技術(shù),可支持從Speedster7t FPGA到ASIC的無(wú)縫轉(zhuǎn)換,。FPGA應(yīng)用通常具有必須保持可編程性的功能,,而其他固定功能則是專用于特定的系統(tǒng)應(yīng)用。對(duì)于ASIC的轉(zhuǎn)換而言,,固定功能可以被固化進(jìn)ASIC結(jié)構(gòu)中,,從而減小芯片面積、成本和功耗,。當(dāng)使用Speedcore eFPGA IP將Speedster7t FPGA轉(zhuǎn)換為ASIC時(shí),,與一款獨(dú)立的FPGA芯片相比,客戶有望節(jié)省高達(dá)50%的功耗并降低90%的成本,,同時(shí)在性能上可享受高出10倍的帶寬和低100倍的延遲,。

  將Speedcore技術(shù)嵌入到復(fù)雜的器件中,,除了直接獲得物理上的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)人員還可以為其SoC設(shè)計(jì)增加獨(dú)有的,、長(zhǎng)期的價(jià)值,。Speedcore IP內(nèi)核將作為可重新配置的協(xié)處理器和硬件加速器來支持各種各樣的任務(wù),其采用比特位導(dǎo)向(bit-oriented)的FPGA架構(gòu),,比字段導(dǎo)向(word-oriented)的CPU架構(gòu)顯著更為高效,。當(dāng)集成在基于Arm的SoC中時(shí),這一優(yōu)勢(shì)是顯而易見的,,其中Speedcore eFPGA是一個(gè)靈活的,、可重構(gòu)的、用于特定工作負(fù)載的硬件加速器,,適用于諸如SQL卸載,、在線I/O處理、加密,、搜索引擎算法性加速和增強(qiáng)多媒體處理等功能,。


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