探讨数据中心级FPGA的关键硬件创新

如果你眯起眼睛细看，会发现一个现代的FPGA看起来像是一个可编程逻辑器件与开关（switch）ASIC和SoC的杂交。正如今天的架构，FPGA某种程度上体现了服务器节点内部、数据中心集群之间以及自身的计算异构性。FPGA的门中嵌入了内存，可以根据需要进行计算，也可以使用DRAM和HBM内存，这是CPU所不能做到的。

人们总是倾向于在任何CPU或SoC上集成尽可能多的硬编码内容，以消除组件之间的延迟和独立创建它们的成本。这就是为什么CPU很早就集成了缓存和主内存控制器（DDR或HBM）、PCI-Express外围设备和以太网网络接口的层次结构，并逐渐从服务器主板转移到裸片上。这也是为什么Arm内核，互连SerDes， DDR和HBM内存控制器，和各种其他组件的硬块现在成为面向数据中心的FPGA的一部分的原因。但是，这种集成可能会走得太远，导致针对特定工作负载的过度设计，而且所有工作负载的成本都更高，因为每个人最终都要支付一些暗硅税。

无论哪种方式，都很难找到合适的平衡点，显然，每个人都很难在明亮的光线下说出异质性。在我们最近于San Jose的Glass House举办的下一届FPGA平台活动中，打破这种平衡是我们讨论的话题之一。我们与英特尔（Intel）网络和定制逻辑组的FPGA和电子产品销售副总裁兼总经理Patrick Dorsey;Xilinx首席技术官Ivo Bolsens;Achronix负责产品规划和业务开发的副总裁Manoj Roge坐在一起，讨论设备集成的推动和拉动以及主要FPGA制造商所做的触摸平衡操作。

“这个问题问得好，在座的很多人都知道，Altera与英特尔有长期的合作，目的是将Xeons和FPGA放在同一封装中。”Dorsey说，我们提醒他，我们认为集成Xeon-FPGA是一个有趣的项目。“其中一个挑战是，你整合了什么？当你整合时，你放弃了什么？”我们看到的一件事是，灵活性很重要，我们从事的是灵活性业务，我们制造FPGA，它不仅在芯片方面很重要，而且在系统层面也很重要。选择哪种FPGA和哪种Xeon具有很大的价值，有时集成时会破坏价值。会发生的。您之所以要创造价值，是因为外形尺寸变小了，功耗降低了，而接口可以优化，因此性能得到了提高。这是一个权衡。我和我在这里的同行们已经做了25年了，现在发生的伟大的事情是技术使选择成为可能。所以在系统的多个层面上，异构是一个选择，我们可以利用现有的封装技术和接口做很多事情。”

Xilinx没有自己的数据中心处理器，除了它嵌入在设备上的Arm核心，比如去年宣布的最新的“Everest”FPGAs，但是Bolsens同意这种异质性的分形层次结构是现代分布式系统以及FPGAs本身的一个重要方面。

“异构是FPGA的一个价值主张，所以我们不应该把它看作是一个问题，而是一个机会，”Bolsens解释说。说了这么多，如果你考虑一下什么是FPGA，首先它有一个非常通用的、可编程的交换互连，它允许你将功能沉浸到互连中，而不会破坏你的体系结构。因此，您可以在基于交换机的互连中引入多种功能。因此，从这个意义上说，在一个FPGA中集成硬件构建块比在许多其他应用程序中要更透明一点。”

FPGA本身和使用它们的系统面临的真正挑战是计算、存储和网络的比例。Bolsens说，FPGA的制造商可以从数据中心的高层学到一些经验，在数据中心，组件被分解，然后进行实时重组，最后应用到FPGA设备级别。

首先，根据Achronix的说法，您需要适合该任务的正确计算组件。“但我们的方法略有不同，”Roge说。“我们专注于构建最好的FPGA架构，并解决了传统FPGA架构中的一些瓶颈，采用了片上网络结构，非常注重设计的简便性和易用性。”在形式方面，我们支持独立的FPGA或小芯片，甚至是单片集成电路，并且我们让客户为正确的方法选择正确的外形尺寸。我做FPGA产品规划已经很多年了，你必须把几百个用例映射到流片上，而且很难把它们正确地结合起来。”

一些大的FPGA制造商目前已经拥有小芯片，而有些则在摩尔定律开始放慢速度时会做到，如果你想知道他们是怎么说的，你必须看一下上面的视频。这为拥有具有不同功能的广泛的FPGA设备阵列提供了巨大的潜力，并且只增加了增量成本。我们还讨论了数据中心级FPGA的关键硬件创新。
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