拓展AI數(shù)據(jù)中心內(nèi)存，第二代AMD Versal Premium系列自適應(yīng)SoC，首發(fā)支持CXL 3.1、 PCIe Gen6

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃晶晶）在數(shù)據(jù)中心市場，DDR5和CXL內(nèi)存正在成為廣泛采用的主流趨勢。預(yù)計2024年到2029年CXL內(nèi)存的采用將達(dá)到212%的年復(fù)合增長率。如今，現(xiàn)有出貨的半數(shù)服務(wù)器已經(jīng)支持CXL，預(yù)計未來幾年越來越多的服務(wù)器將實現(xiàn)對CXL的支持。

基于這一趨勢，AMD宣布推出第二代AMD Versal Premium 系列，這款自適應(yīng)SoC平臺旨在面向各種工作負(fù)載提供最高水平系統(tǒng)加速。第二代 Versal Premium 系列將成為FPGA 行業(yè)首款在硬IP中采用 CXL3.1與 PCIe Gen6 并支持LPDDR5的器件。CXL 3.1 和 LPDDR5X 能助力更快速地釋放更多內(nèi)存，以滿足數(shù)據(jù)中心、通信以及測試測量市場中數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用日益增長的實時處理和存儲需求。



近日，AMD自適應(yīng)與嵌入式計算事業(yè)部( AECG ) Versal產(chǎn)品營銷總監(jiān)Manuel Uhm，和高級產(chǎn)品線經(jīng)理Mike Rather與媒體交流，分享了第二代AMD Versal Premium系列自適應(yīng)SoC的特點細(xì)節(jié)和應(yīng)用趨勢等等。

創(chuàng)新設(shè)計

第二代AMD Versal Premium系列產(chǎn)品，基于第一代產(chǎn)品進(jìn)行了復(fù)用設(shè)計，但針對I/O、收發(fā)器以及存儲/內(nèi)存的控制器、主機(jī)接口都做了創(chuàng)新。


AMD高管分析，DSP的計算密度方面，實現(xiàn)了更高的每平方毫米的DSP算力。另外引入了一個新的收發(fā)器GTM2，GTM2能夠支持的數(shù)據(jù)速率從1.25 Gb/s到128 Gb/s，同時還支持NRZ和PAM4編碼。保留了非常熟悉的設(shè)計流程，開發(fā)者可以使用GTM2，同時還確保全過程的可靠性。在I/O方面，增加對于高速M(fèi)IPI C-PHY和D-PHY接口的支持。第二代新加入的LDPC解碼器的模塊適用于高通量的解碼。



加速主機(jī)連接

第二代 Versal Premium 器件支持業(yè)界最快的主機(jī)接口CXL 3.1和PCIe Gen6，可實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的高帶寬主機(jī)CPU到加速器連接。

AMD高管表示，與主機(jī)連接使用的PCIe Gen 6和CXL 3.1都是64Gb/s的速率。與支持 PCIe Gen4或Gen5的FPGA 相比，PCIe Gen6 能提供2至4倍的線速率，而運(yùn)行 PCIe Gen6 的 CXL 3.1 在類似時延下則能提供使用CXL 2.1 器件的雙倍帶寬，以及增強(qiáng)的架構(gòu)和一致性功能。

在Versal Premium自適應(yīng)SoC和AMD EPYC CPU之間能夠形成非常好的協(xié)同。PCIe Express能夠提供Versal Premium和CPU之間非常高性能的連接，這可以用于卸載計算、網(wǎng)絡(luò)以及存儲工作負(fù)載。也能擁有非常連貫的接口，這樣Versal Premium和EPYC處理器就能夠共享內(nèi)存空間，從而減少擱置內(nèi)存。再加上PCIe IDE以及內(nèi)存DRAM的加密，數(shù)據(jù)能夠做到端到端的安全性。



釋放更多內(nèi)存

第二代 AMD Versal Premium 系列自適應(yīng)SoC能以至高8533 Mb/s的最快速LPDDR5存儲器連接加速存儲器帶寬，帶來更快速的數(shù)據(jù)傳輸和實時響應(yīng)。與采用 LPDDR4/5 存儲器的同類器件相比，這種超快的增強(qiáng)型DDR存儲器可將主機(jī)連接速度提升至高2.7倍。



第二代產(chǎn)品在DDR5和LPDDR5上支持的數(shù)據(jù)速率，是第一代產(chǎn)品支持的DDR4和LPDDR4的2倍。而且DDR5和LPDDR5相比DDR4和LPDDR4，消耗的功率有20%到30%的下降。

AMD高管表示，第一代Versal Premium系列產(chǎn)品關(guān)注的是在高安全性、高通量和帶寬的情況下加速網(wǎng)絡(luò)。第二代AMD Versal Premium除了像第一代那樣加速400G或者800G的網(wǎng)絡(luò)之外，增加了支持CXL內(nèi)存的分享和池化，因為我們發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心需要越來越多的內(nèi)存來支持大語言模型。

也可以說，第二代AMD Versal Premium助力計算，是通過更好地管理系統(tǒng)的內(nèi)存，這正是現(xiàn)在人工智能模型以及各種數(shù)據(jù)集成最需要的。

支持CXL 3.1存儲器擴(kuò)展模塊方面，專門針對CXL 3.1規(guī)范設(shè)計的存儲接口，可以和各家供應(yīng)商的DRAM實現(xiàn)兼容。至高 256x8.533 Gb/s 的 LPDDR5X存儲器帶寬，至高 16x 64 Gb/s 的 PCle Gen6 帶寬，使得總外部存儲器帶寬超過500 GB/S。



增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全

在不斷變化的安全形勢下，增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性正變得日益重要。增強(qiáng)的安全功能有助于第二代 Versal Premium 系列在傳輸和靜態(tài)狀態(tài)下均可快速、安全地傳輸數(shù)據(jù)。其是業(yè)界首款在硬 IP 中提供集成 PCIe完整性和數(shù)據(jù)加密（ IDE ）支持的 FPGA 器件。硬核 DDR 內(nèi)存控制器內(nèi)置的內(nèi)聯(lián)加密可助力保護(hù)靜態(tài)數(shù)據(jù)，而 400G 高速加密引擎則能幫助器件以至高 2 倍的線速率保護(hù)用戶數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更快速的安全數(shù)據(jù)事務(wù)。有了PCIe IDE加上高速加密引擎、DDR內(nèi)聯(lián)加密與ECC，數(shù)據(jù)無論是在傳輸中、靜態(tài)中、還是使用中都非常的安全。

應(yīng)用

在給出的應(yīng)用案例中，第二代產(chǎn)品能夠擴(kuò)大數(shù)據(jù)中心的CXL應(yīng)用范圍，CXL 3.1采用PCIe Gen 6協(xié)議，可以利用NUMA輕松與現(xiàn)有的軟件集成。

操作模式方面，能夠支持CXL.io、CXL.mem、CXL.cache。器件模式方面，第二代 Versal Premium 可以作為內(nèi)存的控制器，也可以使用主機(jī)模式，連接CXL擴(kuò)展模塊。在用例方面，支持多主機(jī)單邏輯設(shè)備（MH-SLD）架構(gòu)和系統(tǒng)可組合性。



自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用于GPU集群和橫向擴(kuò)展方面，很多客戶都會購買并部署GPU集群，而標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口卻未必能夠支持在這樣情境下GPU的性能和靈活性。而第二代AMD Versal Premium能夠提供很高的帶寬和靈活性，實現(xiàn)這方面的應(yīng)用需求?！斑@個應(yīng)用我們在Virtex UltraScale+ 和第一代Versal Premium也都支持過，但是現(xiàn)在第二代AMD Versal Premium系列能夠在單個網(wǎng)絡(luò)適配器上支持2個400G接口?！盇MD高管說道。



在測試與測量領(lǐng)域，開發(fā)PCIe Gen 7器件時測試儀器需求128 Gb/s的收發(fā)器，這些應(yīng)用非常重視芯片上的DSP引擎以及內(nèi)存帶寬和其他的接口能力。另外第二代AMD Versal Premium系列支持測試設(shè)備需要的C-PHY和D-PHY等協(xié)議。



工具和量產(chǎn)時間

AMD也在不斷地改善Vivado的開發(fā)環(huán)境，通過采用新的P&R算法，并且改善多線程的性能，增強(qiáng)的增量流，從而減少編譯時間。引入了用于頂層設(shè)計的RTL流程，以及用于GTM2的RTL流程等。改善QoR與易用性，通過工具引導(dǎo)的時序收斂，改進(jìn)的DFX流程，以及分段配置以便加快CPU啟動時間和PCIe的喚醒。


第二代AMD Versal Premium系列產(chǎn)品表顯示有4種產(chǎn)品。從140萬邏輯單元到330萬邏輯單元不等，從3300到7600的DSP引擎不等，GTM2收發(fā)器從32個到72個不等，片上內(nèi)存、100G/600G以太網(wǎng)MAC、400G高速加密引擎、LDPC解碼器等也各有不同。



第二代AMD Versal Premium系列已經(jīng)向開發(fā)者提供早期文檔，AMD將于2024年第四季度提供功率估算工具，2025年下半年提供全套的AMD Vivado工具。2026年上半年將提供芯片的樣片以及開發(fā)套件，2026年中實現(xiàn)芯片量產(chǎn)。