FPGA или программируемая вентильная матрица — это программируемая интегральная схема, которая состоит из настраиваемых логических блоков на основе реконфигурируемых взаимосвязанных схем. В отличие от других программируемых электронных устройств, таких как микропроцессоры и специализированные интегральные схемы (ASIC), FPGA более гибкие, что позволяет клиентам и разработчикам программировать устройства в соответствии с их конструкцией после изготовления. Его также можно перепрограммировать позже, если возникнет необходимость, например, при обнаружении ошибок в процессе проектирования или при необходимости нового дизайна. FPGA также проще в производстве и дешевле, чем ASIC, производство которых занимает месяцы, поскольку их нужно запрограммировать для выполнения конкретной задачи в соответствии с дизайном и функциональными возможностями, указанными заказчиком.
Благодаря своей гибкости, универсальности и низкой стоимости FPGA расширяет свое использование в нескольких отраслях, таких как аэрокосмическая, оборонная, медицинская, автомобильная, центры обработки данных и даже в бытовой электронике.
Карты Intel FPGA
Как крупнейший производитель полупроводниковых чипов, Intel, как и ожидалось, нашла свое место в области FPGA. Гигант микропроцессоров также решился на производство высокоэффективных современных ПЛИС. Начиная с 2017 года Intel представила свои программируемые карты ускорения (PAC), также известные как карты Intel FPGA или Intel Acceleration Cards, которые объединяют свои самые мощные FPGA с взаимосвязанной памятью, интерфейсами PCIe, сетевыми интерфейсами и процессорами. Intel PAC также имеет широкий спектр программного обеспечения для управления, такого как программное обеспечение для управления платами, питанием и FPGA, для простого и эффективного развертывания в полевых условиях. PAC Intel в первую очередь были созданы для поддержки сетей и центров обработки данных, но также могут использоваться в любой подходящей среде. В настоящее время Intel предлагает три предложения PAC с некоторыми из своих передовых ПЛИС.
Intel FPGA PAC N3000
N3000 — это PAC для сети с высокоскоростным интерфейсом PCIe 3.0×16, встроенной сетевой картой и управляемый Intel Arria 10 FPGA. Он разработан для операторов связи и нацелен на завоевание рынка инфраструктуры 5G с помощью полностью настраиваемой платформы. Ожидается, что в ближайшие годы устройства и приложения с поддержкой 5G будут доминировать на рынке, и Intel готовит поставщиков услуг для плавного перехода на 5G. 1,15 миллиона логических элементов N3000, Intel Ethernet CNA XL710 и 2X QSFP с поддержкой 10 и 25 Гбит / с и приложениями с высокой пропускной способностью, низкой задержкой и высокой пропускной способностью. Также встроены редко нечетные 9 ГБ памяти DDR4 и 144 МБ QDR-IV для повышения производительности.
N3000 также обеспечивает безопасность платы при загрузке разрешенных рабочих нагрузок и обновлений платы через устройство Root-of-Trust, которое защищает системы от эксплойтов безопасности, размещенных на FPGA, и предотвращает несанкционированный доступ к критически важным интерфейсам платы и флэш-памяти. N3000 также поставляется с решениями Intel Empirion Power Solutions для более эффективного управления питанием. Его мощные сетевые функции и функции безопасности подходят для таких приложений, как виртуализация сетевых функций, перекодирование видео и финансы.
Intel FPGA PAC D5005
D5005 разработан для центров обработки данных, чтобы повысить производительность при меньших затратах. Многие отрасли в настоящее время обрабатывают большие объемы данных, и ожидается, что потребность в более быстрой обработке рабочих нагрузок с данными в ближайшее десятилетие возрастет. Intel удовлетворяет этот растущий спрос, предлагая настраиваемый и перепрограммируемый D5005, который идеально подходит для подключения серверов к сетям.
Как и N3000, D5005 использует PCIe Express Gen3×16 с USB 2.0 для отладки и программирования FPGA и флэш-памяти. Его набор встроенной памяти, состоящий из 32 ГБ памяти DDR4 с кодом исправления ошибок и 2 ГБ флэш-памяти QSPI, может поддерживать обработку больших объемов данных с более высокой скоростью. В основе D5005 лежит высокопроизводительная ПЛИС Intel Stratix 10 SX с трансиверами, поддерживающими скорость до 100 Гбит / с. Его 2,8 миллиона логических элементов в сочетании с Intel Acceleration Stack позволяют программировать и развертывать его в центрах обработки данных всего за доли секунды.
Чтобы обеспечить безопасность загрузки или выполнения рабочих нагрузок, D5005 защищен устройством Root-of-Trust, обеспечивающим более защищенные обновления платы, обеспечивающим защиту от отката и предотвращающим несанкционированный доступ к ключевым интерфейсам и встроенной памяти.
Intel Empirion помогает в управлении питанием D5005 для интеллектуального управления питанием системы, телеметрии в реальном времени и мониторинга состояния системы, поэтому он остается энергоэффективным, несмотря на большие объемы обработки.
Intel PAC with Arria 10 GX FPGA
Еще один процессор Intel PAC, разработанный для центров обработки данных, — это контроллер Intel PAC на базе Arria 10 GX FPGA, способный обеспечить высокую производительность при низком энергопотреблении для приложений среднего уровня в центрах обработки данных. Благодаря трансиверам мультигигабитного сериализатора / десериализатора (SERDES) до 15 Гбит / с, 1,15 млн логических элементов, 65,7 МБ встроенной памяти и более 3 КБ блоков DSP, Intel PAC с Arria 10 GX FPGA обеспечивает производительность и универсальность ускорения FPGA.. Он поддерживает широкий спектр инструментов Intel, таких как Intel Acceleration Stack для процессоров Intel Xeon с ПЛИС, программное обеспечение Intel Quartus Prime, Open Programmable Acceleration Engine (OPAE) и Intel Distribution of OpenVINO toolkit, чтобы облегчить жизнь дизайнерам и разработчикам.
На борту Arria 10 GX FPGA PAC имеется электрический интерфейс PCIe x8 Gen3 и механический интерфейс x16, интерфейс USB2.0 для отладки и программирования FPGA и флэш-памяти, а также 1X QSFP + с поддержкой 4X 10GbE или 40GbE. [1] Также есть два банка памяти, каждый с 4 ГБ памяти DDR4 и встроенной флэш-памятью 1 ГБ (128 МБ).
Подобно N3000 и D5005, Intel PAC с Arria 10 GX PAC защищен устройством Root-of-Trust для дополнительной безопасности.
Заключение
Проникновение Intel в индустрию FPGA проложило путь для промышленных контроллеров Intel PAC. В основе всех трех карт ускорения лежат ПЛИС собственного производства Intel. Эти FPGA в сочетании с другими компонентами, интерфейсами и замечательными функциями могут обрабатывать приложения, требующие огромных вычислительных возможностей. Intel PAC помогает компаниям сократить расходы, сокращая разрыв между максимальным использованием серверных процессоров для обработки больших объемов рабочих нагрузок и покупкой дополнительных устройств для обработки таких рабочих нагрузок. Благодаря своей превосходной производительности, энергоэффективности и низкой стоимости, Intel PAC набирает популярность в потоковой аналитике, перекодировании мультимедиа, финансовых технологиях и сетевой безопасности.
