等線簡(jiǎn)介：隨著網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心帶寬需求的日益提升，針對(duì)高性能內(nèi)存解決方案的需求也是水漲船高,。對(duì)于超過 400 Gbps 的系統(tǒng)開發(fā),，以經(jīng)濟(jì)高效的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)存方案的性能和效率已經(jīng)成為項(xiàng)目中的重要挑戰(zhàn)之一。

1. 概述

　　隨著網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心帶寬需求的日益提升,，針對(duì)高性能內(nèi)存解決方案的需求也是水漲船高,。對(duì)于超過 400 Gbps 的系統(tǒng)開發(fā)，以經(jīng)濟(jì)高效的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)存方案的性能和效率已經(jīng)成為項(xiàng)目中的重要挑戰(zhàn)之一,。

　　圖形雙數(shù)據(jù)速率 （GDDR） 內(nèi)存最初是為了滿足游戲機(jī)和PC的高性能圖形計(jì)算需求而開發(fā)的,，自2008年面市至今歷經(jīng)十余載，已經(jīng)在市場(chǎng)中久經(jīng)考驗(yàn),，如今也正被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域等其他領(lǐng)域,，為產(chǎn)品提供低風(fēng)險(xiǎn)、靈活而又經(jīng)濟(jì)高效內(nèi)存解決方案,。

　　在接下來的章節(jié)中，本文將首先分享推動(dòng)這些高帶寬和高性能需求的網(wǎng)絡(luò)行業(yè)宏觀趨勢(shì),，然后討論GDDR6如何以比當(dāng)今任何其他高帶寬內(nèi)存解決方案更好地滿足這些需求,，最后介紹Achronix Speedster7t FPGA產(chǎn)品中的GDDR6控制器。

　　我們將會(huì)陸續(xù)推出關(guān)于GDDR6其他有用知識(shí)的系列文章,，比如GDDR6構(gòu)架和基本使用方法,，存取帶寬與延遲的性能測(cè)評(píng)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用參考設(shè)計(jì),，以及如何應(yīng)對(duì)GDDR6系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性挑戰(zhàn),，敬請(qǐng)關(guān)注。

2. 網(wǎng)絡(luò)行業(yè)趨勢(shì)

　　思科在2019年發(fā)布的可視化網(wǎng)絡(luò)指數(shù)（Visual Networking Index）報(bào)告[1]稱,，2017 年全球互聯(lián)網(wǎng)IP流量月均為 122 EB （1018 Bytes）,，預(yù)計(jì) 到2022 年將增加到 396 EB，復(fù)合年增長(zhǎng)率 （CAGR） 為 26%,，這一趨勢(shì)大部分與大數(shù)據(jù)的興起和不斷增長(zhǎng)的視頻流量有關(guān),。

　　圖 1：全球互聯(lián)網(wǎng)IP流量預(yù)測(cè)（Cisco VNI 2017-2022）[1]

　　同一研究[1]預(yù)測(cè),，智能手機(jī)和平板電腦等接入設(shè)備的數(shù)量將從 2017 年的 180 億臺(tái)增長(zhǎng)到 2022 年的 285 多億臺(tái)設(shè)備（圖 2），屆時(shí)人均所擁有的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備數(shù)量將達(dá)到 3.6臺(tái),。得益于5G以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展,，2022年總連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量中M2M設(shè)備的數(shù)量將超過50%。

　　圖 2：需要連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（Cisco VNI 2017-2022）[1]

3. 是什么在推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求,？

　　幾個(gè)重要領(lǐng)域的增長(zhǎng)正在推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)中這些前所未有的需求：

　　移動(dòng)數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)視頻：通過互聯(lián)網(wǎng)按需訪問數(shù)據(jù)和高清視頻的需求不斷增加,。（此處不包含非按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，比如占據(jù)全網(wǎng)流量25%以上的DDoS攻擊）

　　物聯(lián)網(wǎng) （IoT）： 物聯(lián)網(wǎng)正在增加必須訪問網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量,，如可穿戴設(shè)備,、智能家電和汽車。

　　云服務(wù)：無數(shù)企業(yè)正在將其服務(wù)遷移到云中,，云端的創(chuàng)新業(yè)務(wù)也在不斷的增加,。

　　大數(shù)據(jù)分析：要使復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的所有部分都高效運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)中的邊緣設(shè)備必須通過智能的數(shù)據(jù)分析,，來更好,、更快地了解其攜帶的數(shù)據(jù)。

　　總之,，更多的用戶,、更多的設(shè)備、更大的屏幕,，以及更多樣的云端服務(wù)正在推動(dòng) IP 流量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),。在增長(zhǎng)沒有放緩跡象的情況下，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)產(chǎn)品以滿足這些要求,？

4. 為什么使用GDDR6,？

原因1：極佳的性能

　　如今，GDDR6的密度已經(jīng)做到16Gbits,，與最高容量的 DDR4 內(nèi)存芯片一致,。GDDR6 器件的帶寬高達(dá)512Gb/s，是DDR4 的 10 倍,。在未來,，GDDR6將按照標(biāo)準(zhǔn)向更高容量更快速度演進(jìn)。GDDR6的這些優(yōu)勢(shì),，使其成為滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)需求的理想選擇,。

　　圖3: DDR vs. GDDR 容量比較 [2]

　　圖4: DDR vs. GDDR 帶寬比較 [2]

原因2：降低總擁有成本

　　在考慮總擁有成本 （TCO） 時(shí)，請(qǐng)務(wù)必考慮設(shè)計(jì)的所有方面,。圖 5 比較了三種不同的方法,，以滿足 1Tb 交換應(yīng)用程序的需求。如圖所示,，相對(duì)于DDR4,，采用GDDR6 不僅可以將設(shè)計(jì)復(fù)雜性降低80%,，還可以減少 82% 的PCB面積占用，并將能效提高 44%,。

　　圖5: 各種主流內(nèi)存方案的總擁有成本（TCO）比較 [2]

原因3：輕松設(shè)計(jì)

　　如果您已經(jīng)熟悉傳統(tǒng)的DDR 設(shè)計(jì),，則使用 GDDR 內(nèi)存進(jìn)行設(shè)計(jì)將是一種熟悉的低風(fēng)險(xiǎn)體驗(yàn)。對(duì)邏輯工程師和軟件工程師來說,，GDDR6 與傳統(tǒng)DDR技術(shù)使用的方法類似,，Speedster7t FPGA 所內(nèi)建的GDDR6控制器進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。對(duì)于硬件工程師來說,，GDDR6 的高速單端SerDes信號(hào)管腳與DDR的低速信號(hào)管腳的設(shè)計(jì)規(guī)則區(qū)別較大,，Achronix將提供高速信號(hào)設(shè)計(jì)手冊(cè)以及參考設(shè)計(jì)，幫助客戶低風(fēng)險(xiǎn)地從DDR遷移到GDDR6,。

　　如果您已經(jīng)熟悉GDDR5設(shè)計(jì),，那么過渡至GDDR6將是非常順滑的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。GDDR6 和 GDDR5 之間的主要區(qū)別與封裝和引腳相關(guān),，遵循相同的設(shè)計(jì)實(shí)踐,。

5. Achronix Speedster7t FPGA產(chǎn)品中的GDDR6控制器

　　Achronix 半導(dǎo)體的 Speedster7t FPGA 系列針對(duì)高帶寬工作負(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化，消除了與傳統(tǒng) FPGA 相關(guān)的性能瓶頸,。Speedster7t FPGA 基于臺(tái)積電的 7nm FinFET 工藝技術(shù),，采用革命性的新型 2D 片上網(wǎng)絡(luò) （NoC）和獨(dú)創(chuàng)的機(jī)器學(xué)習(xí)處理器 （MLP）矩陣，并利用高帶寬 GDDR6 接口,、400G 以太網(wǎng)和 PCI Express Gen5 端口等IP,，可提供 ASIC 級(jí)性能，同時(shí)保留完整的編程性能,。

　　圖6: Achronix Speedster7t1500 高性能FPGA 構(gòu)架 [3]

　　Speedster7t FPGA 設(shè)計(jì)具有多達(dá)8個(gè) GDDR6 控制器,，以較低的成本提供最快的訪問速度，同時(shí)保證相當(dāng)于LPDDR5水平的低功耗,。每個(gè) GDDR6控制器支持多達(dá) 32 位數(shù)據(jù),，總共支持4Tbps的內(nèi)存帶寬。 GDDR6 控制器和 PHY 是硬 IP,，無需消耗FPGA中的可編程邏輯資源,，也無需面對(duì)布局布線所帶來的時(shí)序收斂挑戰(zhàn),。這些特征共同使GDDR6 SDRAM 接口成為下一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的絕佳選擇,。

參考文獻(xiàn)：

　　1.Visual Networking Index: Forecast and Trends, 2017–2022. Cisco, 2019

　　2.Extending the Benefits of GDDR Beyond Graphics. Micron, 2017

　　3.Achronix official website http://www.achronix.com