利用搭載全域硬2D NoC的FPGA器件去完美實(shí)現智能化所需的高帶寬低延遲計算

隨著(zhù)大模型、高性能計算、量化交易和自動(dòng)駕駛等大數據量和低延遲計算場(chǎng)景不斷涌現，加速數據處理的需求日益增長(cháng)，對計算器件和硬件平臺提出的要求也越來(lái)越高。發(fā)揮核心器件內部每一個(gè)計算單元的作用，以更大帶寬連接內外部存儲和周邊計算以及網(wǎng)絡(luò )資源，已經(jīng)成為智能化技術(shù)的一個(gè)重要趨勢。這使得片上網(wǎng)絡(luò )（Network-on-Chip）這項已被提及多年，但工程上卻不容易實(shí)現的技術(shù)再次受到關(guān)注。

作為一種被廣泛使用的硬件處理加速器，FPGA可以加速聯(lián)網(wǎng)、運算和存儲，其優(yōu)點(diǎn)包括計算速度與ASIC相仿，也具備了高度的靈活性，能夠為數據中心與邊緣計算提供理想的數據處理加速；除此之外，FPGA還在傳感器融合和輸入數據流整理匯流等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用，是智能化應用中從邊到云全鏈路上重要的計算器件。

近年來(lái)，諸如Achronix這樣提供高容量、高密度和高算力FPGA的供應商，在其高端FPGA芯片中，使用了越來(lái)越多的硬IP去提升FPGA芯片對外的數據傳輸帶寬以及存儲器帶寬。但是在邏輯陣列密度不斷快速提升的同時(shí)，外部通信和網(wǎng)絡(luò )帶寬的提升并不能完全滿(mǎn)足新興應用的需求，所以FPGA內部數據的交換越來(lái)越成為數據傳輸的瓶頸。

Achronix將此挑戰視為一個(gè)開(kāi)發(fā)全新架構的機會(huì )，以消除傳統FPGA的設計挑戰并提高系統性能。Achronix的解決方案是在傳統FPGA邏輯陣列布局和布線(xiàn)結構之上，創(chuàng )新地使用了革命性的二維（2D）高速片上網(wǎng)絡(luò )（NoC）。Achronix不久前在業(yè)界率先推出了集成2D NoC的Speedster7t器件，這些創(chuàng )新帶來(lái)了FPGA設計、工程和應用等方面的根本轉變。

2D NoC是Speedster7t FPGA芯片內可編程邏輯陣列上面部署的覆蓋全域的高速縱與橫（行和列）數據通道，它們分別向FPGA可編程邏輯陣列的水平和垂直方向提供高速的傳輸通道。除了這些行和列之外，在NoC硬核的每一行和每一列的交叉位置還有發(fā)送點(diǎn)和NoC訪(fǎng)問(wèn)的目標節點(diǎn)（NAP）。這些NAP充當NoC硬核位于可編程邏輯陣列資源之間傳輸的起點(diǎn)或目的點(diǎn)。

在該FPGA器件的外圍，這個(gè)硬2D NoC連接到所有高速接口：包括多個(gè)400G以太網(wǎng)、PCIe Gen5、GDDR6和DDR4/5端口。這使得Achronix的Speedster7t成為了業(yè)界第一款可以商用的集成全域硬2D NoC的FPGA器件，以每通道512Gbps的速率和超過(guò)2Tbps的總帶寬來(lái)與所有系統接口和FPGA邏輯陣列互連。

這種新架構使得Achronix的FPGA器件特別適用于高帶寬應用，同時(shí)極大提高了設計人員的工作效率。由于2D NoC管理著(zhù)從用FPGA邏輯陣列實(shí)現的數據加速器功能模塊到高速數據接口之間的所有交互功能，因此設計人員只需設計他們的數據加速器功能，然后將它們連接到NAP接口。與使用軟核2D NoC相比，通過(guò)硬核2D NoC做數據交互，設計人員可以受益于以下優(yōu)點(diǎn)：

●   降低邏輯資源占有率并提高FPGA的整體性能

●   增加帶寬

●   減少對存儲器的需求

●   更快的設計時(shí)間和更短的工具編譯時(shí)間

Achronix的FPGA中特有的創(chuàng )新的全域2D NoC硬核，對比用可編程邏輯資源來(lái)實(shí)現的軟核2D NoC的傳統方法，有諸多益處。在近期發(fā)表的白皮書(shū)《白皮書(shū)：Achronix在其先進(jìn)FPGA中集成2D NoC以支持高帶寬設計（WP028）》中，詳盡介紹了全域2D NoC硬核的各種技術(shù)細節，并討論了硬核和軟核的兩種2D NoC的差異，并提供了一個(gè)設計示例，展示硬核與軟核2D NoC的對比結果，以及Achronix 的全域硬2D NoC是如何去提高性能、改善帶寬、減少面積并縮短設計時(shí)間和工具運行時(shí)間。

完整內容，請閱讀《白皮書(shū)：Achronix在其先進(jìn)FPGA中集成2D NoC以支持高帶寬設計（WP028）》。