英特爾? Agilex? M系列滿足不斷增加的內(nèi)存帶寬需求

內(nèi)容摘要

在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，數(shù)據(jù)流量大幅增加。內(nèi)存帶寬的提升速度跟不上互聯(lián)速度的發(fā)展，從而導(dǎo)致內(nèi)存瓶頸的出現(xiàn)。要緩解內(nèi)存瓶頸，必須提高內(nèi)存帶寬和計(jì)算效率。

英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 集合高邏輯結(jié)構(gòu)密度和靈活的內(nèi)存選擇方案（例如HBM2e、DDR5 和英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存）于一身，妥善實(shí)現(xiàn)容量、能效和性能的平衡，滿足各種由內(nèi)存驅(qū)動(dòng)的工作負(fù)載的要求。這些特性使英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 成為數(shù)字貨幣、下一代網(wǎng)絡(luò)防火墻、800 GbE 測(cè)試儀和 8K 視頻處理等高內(nèi)存帶寬應(yīng)用的理想選擇。

網(wǎng)絡(luò)/通信

下一代防火墻 （NGFW） 等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要高性能數(shù)據(jù)路徑、深度內(nèi)存緩沖區(qū)和高帶寬連接。這些物理要求連同越來(lái)越多的軟件處理功能已經(jīng)超出了非 FPGA 部署的功能極限。英特爾? Agilex? M 系列FPGA 具備由DDR5 和HBM2e 組成的強(qiáng)大內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)—— 一種能夠滿足高速數(shù)據(jù)移動(dòng)需求的硬核內(nèi)存片上網(wǎng)絡(luò) （NoC），同時(shí)還支持新一代以太網(wǎng)和 PCIe 連接標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足上述這些硬件要求?；谟⑻貭?7 制程工藝的可編程邏輯支持從 CPU 卸載以往基于軟件的計(jì)算密集型工作負(fù)載。這些功能包括高性能深度包檢測(cè)、復(fù)雜訪問(wèn)控制列表處理以及傳輸層安全 （TLS）。此外，F(xiàn)PGA 還可以實(shí)現(xiàn)數(shù) Gb 三元內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器（TCAM） 部署，用于 n 元組訪問(wèn)控制列表和復(fù)雜的搜索功能。

英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 既可以部署在虛擬化網(wǎng)絡(luò)中，也可以部署在非虛擬化的NGFW 網(wǎng)絡(luò)中。就虛擬化網(wǎng)絡(luò)而言，使用配備 SmartNIC 的商用現(xiàn)貨服務(wù)器或配備英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 的基礎(chǔ)設(shè)施處理器 （IPU） 就可以替代基于物理設(shè)備的硬件。而對(duì)非虛擬化網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，在配備英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 的專用卡上即可實(shí)現(xiàn) NGFW 部署。無(wú)論上述哪種情況，都可以從英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 的邏輯結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)中獲益。

廣播

目前，4K 超高清是電視、相機(jī)和視頻流的標(biāo)配。8K 超高清時(shí)代即將到來(lái)，廣播基礎(chǔ)設(shè)施必須對(duì)組件和系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，從而能夠支持 8K 分辨率。8K 的像素分辨率為 7680 x 4320，像素是 4K 的 4 倍，因此需要 4 倍的內(nèi)存和數(shù)據(jù)處理帶寬。高端 8K 相機(jī)等應(yīng)用更是復(fù)雜，需要將元數(shù)據(jù)添加到每個(gè)像素才能實(shí)現(xiàn)高清速率（HDR）、處理傳感器數(shù)據(jù)和進(jìn)行色彩校正等等。將海量圖像傳感器管道傳輸?shù)教幚碓O(shè)備需要使用 100 G 以太網(wǎng)、12 G 串行數(shù)字接口（SDI）、PCIe、DisplayPort 或 HDMI 等協(xié)議的高帶寬連接，顯示或存儲(chǔ)處理過(guò)的數(shù)據(jù)也是如此。

英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 能夠通過(guò) DDR5 和 HBM2e 實(shí)現(xiàn)1 TB/s 的內(nèi)存帶寬，用以支持 8K 數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)集成式收發(fā)器處理高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。另外，英特爾? Agilex? FPGA 還支持對(duì)現(xiàn)代廣播應(yīng)用進(jìn)行重新配置。這樣一來(lái)，制造商就能夠根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)快速添加新功能，實(shí)現(xiàn)演進(jìn)，從而加快產(chǎn)品上市速度并使產(chǎn)品能夠在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持競(jìng)爭(zhēng)力。

使用英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 的

8K 視頻應(yīng)用示意圖

測(cè)試和測(cè)量

當(dāng)前，以太網(wǎng)速度正呈指數(shù)級(jí)增加，使得以太網(wǎng)測(cè)試需求激增。400 GbE 還沒(méi)有完全普及，800 GbE 已經(jīng)在開(kāi)發(fā)當(dāng)中。客戶需要能夠支持各種網(wǎng)速和協(xié)議的測(cè)試儀。高性能 800 GbE 測(cè)試儀需要：

支持將大量數(shù)據(jù)饋入測(cè)試儀的高帶寬內(nèi)存

能夠以高達(dá) 800 MHz 的時(shí)鐘頻率處理數(shù)據(jù)的高性能邏輯結(jié)構(gòu)

有足夠的收發(fā)器，以實(shí)現(xiàn)多個(gè) 400 G 或 800 G 端口配置

英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 能夠滿足上述所有三個(gè)性能指標(biāo)：它支持外部 DDR4、DDR5 和 LPDDR5 存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)包緩沖；它的邏輯結(jié)構(gòu)支持以 1，024 位、大約 800 MHz 的頻率實(shí)現(xiàn) 800 Gbps 以太網(wǎng)部署，而不是以 2，048 位、大約 400 MHz 的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)；它擁有多達(dá) 72 個(gè)收發(fā)器，可以自定義任意 400/800 G 端口配置組合。此外，由于設(shè)備利用率降低，動(dòng)態(tài)功耗也隨之降低，而高時(shí)鐘頻率則使產(chǎn)品能夠用于尺寸更小的設(shè)備。英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 支持 800 GbE 測(cè)試，反過(guò)來(lái)又將促進(jìn)下一代設(shè)備的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

800 GbE 測(cè)試儀示意圖

云

高內(nèi)存帶寬是人工智能 （AI）、網(wǎng)絡(luò)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)字貨幣等常見(jiàn)應(yīng)用的必備要求。通過(guò)深入了解數(shù)字貨幣你會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多數(shù)字貨幣算法使用內(nèi)存困難型循環(huán)來(lái)抵制 ASIC 并增強(qiáng)去中心化。內(nèi)存困難型算法通常會(huì)使用循環(huán)，在循環(huán)中來(lái)自一個(gè)位置的存儲(chǔ)內(nèi)容與來(lái)自其他位置的存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行多次散列計(jì)算。這種循環(huán)本質(zhì)上是一個(gè)內(nèi)存帶寬測(cè)試。利用 FPGA 設(shè)計(jì)來(lái)挖掘這些代幣的工程師需要非常高的可用內(nèi)存帶寬和足夠的容量來(lái)滿足挖掘算法的要求。該內(nèi)存可以高達(dá)數(shù) GB，因?yàn)槌叽缣蠖鵁o(wú)法裝入 FPGA 嵌入式存儲(chǔ)器模塊中。英特爾? Agilex? M 系列FPGA 使用封裝HBM2e 內(nèi)存，可以滿足這些需求。

在數(shù)字貨幣中，電力和余熱散熱的成本可謂數(shù)目巨大。那么高能效就可以直接轉(zhuǎn)化為盈利能力。英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 采用封裝 HBM2e 內(nèi)存，可提供超高帶寬以及比獨(dú)立解決方案更低的功耗。對(duì)于許多內(nèi)存困難型算法而言，F(xiàn)PGA 中的邏輯資源是不受限制的。要提高算法效率，可以將非內(nèi)存困難型挖掘算法加載到空閑的 FPGA 邏輯結(jié)構(gòu)中，同時(shí)讓主機(jī)使用高帶寬內(nèi)存（HBM2e） 和更少的邏輯資源運(yùn)行，根據(jù)盈利能力的變化來(lái)進(jìn)行切換。

利用 HBM2e 實(shí)施內(nèi)存困難型算法，

同時(shí)在 FPGA 邏輯結(jié)構(gòu)中運(yùn)行輔助算法

結(jié)論

迅猛增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量需要能夠處理海量數(shù)據(jù)的設(shè)備。與內(nèi)存帶寬技術(shù)的提升速度相比，數(shù)據(jù)傳輸速度的提升要大得多，因此造成內(nèi)存瓶頸，導(dǎo)致現(xiàn)有內(nèi)存無(wú)法滿足應(yīng)用需求。解決內(nèi)存瓶頸問(wèn)題需要升級(jí)內(nèi)存帶寬和計(jì)算效率。

英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 具有多種獨(dú)特的功能，可以滿足不斷增加的內(nèi)存帶寬和計(jì)算效率需求。它支持包括 HBM2e、DDR5、LPDDR5 和英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存在內(nèi)的多種高性能內(nèi)存協(xié)議，因此形成了廣泛的內(nèi)存層次，可以滿足各種系統(tǒng)要求。硬核內(nèi)存片上網(wǎng)絡(luò)可確保 HBM2e 內(nèi)存與邏輯結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行高效內(nèi)存事務(wù)處理。英特爾? Agilex? M 系列 FPGA 作為第一款基于英特爾 7 制程工藝構(gòu)建的 FPGA，具備高邏輯密度，與 7 納米 FPGA 其他產(chǎn)品相比，邏輯結(jié)構(gòu)性能功耗比提高了 2 倍以上。除此之外， 這款支持HBM2e 的FPGA 還支持PCIe Gen5、116 G 收發(fā)器和硬核浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理 （DSP），這些功能使英特爾? Agilex? M 系列FPGA 成為高內(nèi)存帶寬應(yīng)用的理想解決方案。