英特尔® Agilex™ M系列满足不断增加的内存带宽需求

内容摘要

在网络和数据中心领域，数据流量大幅增加。内存带宽的提升速度跟不上互联速度的发展，从而导致内存瓶颈的出现。要缓解内存瓶颈，必须提高内存带宽和计算效率。

英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 集合高逻辑结构密度和灵活的内存选择方案（例如HBM2e、DDR5 和英特尔® 傲腾™ 持久内存）于一身，妥善实现容量、能效和性能的平衡，满足各种由内存驱动的工作负载的要求。这些特性使英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 成为数字货币、下一代网络防火墙、800 GbE 测试仪和 8K 视频处理等高内存带宽应用的理想选择。

网络/通信

下一代防火墙 （NGFW） 等网络应用需要高性能数据路径、深度内存缓冲区和高带宽连接。这些物理要求连同越来越多的软件处理功能已经超出了非 FPGA 部署的功能极限。英特尔® Agilex™ M 系列FPGA 具备由DDR5 和HBM2e 组成的强大内存层次结构—— 一种能够满足高速数据移动需求的硬核内存片上网络 （NoC），同时还支持新一代以太网和 PCIe 连接标准，能够满足上述这些硬件要求。基于英特尔 7 制程工艺的可编程逻辑支持从 CPU 卸载以往基于软件的计算密集型工作负载。这些功能包括高性能深度包检测、复杂访问控制列表处理以及传输层安全 （TLS）。此外，FPGA 还可以实现数 Gb 三元内容可寻址存储器（TCAM） 部署，用于 n 元组访问控制列表和复杂的搜索功能。

英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 既可以部署在虚拟化网络中，也可以部署在非虚拟化的NGFW 网络中。就虚拟化网络而言，使用配备 SmartNIC 的商用现货服务器或配备英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 的基础设施处理器 （IPU） 就可以替代基于物理设备的硬件。而对非虚拟化网络来说，在配备英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 的专用卡上即可实现 NGFW 部署。无论上述哪种情况，都可以从英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 的逻辑结构优势中获益。

广播

目前，4K 超高清是电视、相机和视频流的标配。8K 超高清时代即将到来，广播基础设施必须对组件和系统进行扩展，从而能够支持 8K 分辨率。8K 的像素分辨率为 7680 x 4320，像素是 4K 的 4 倍，因此需要 4 倍的内存和数据处理带宽。高端 8K 相机等应用更是复杂，需要将元数据添加到每个像素才能实现高清速率（HDR）、处理传感器数据和进行色彩校正等等。将海量图像传感器管道传输到处理设备需要使用 100 G 以太网、12 G 串行数字接口（SDI）、PCIe、DisplayPort 或 HDMI 等协议的高带宽连接，显示或存储处理过的数据也是如此。

英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 能够通过 DDR5 和 HBM2e 实现1 TB/s 的内存带宽，用以支持 8K 数据处理，并通过集成式收发器处理高带宽数据传输。另外，英特尔® Agilex™ FPGA 还支持对现代广播应用进行重新配置。这样一来，制造商就能够根据新标准快速添加新功能，实现演进，从而加快产品上市速度并使产品能够在更长时间内保持竞争力。

使用英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 的

8K 视频应用示意图

测试和测量

当前，以太网速度正呈指数级增加，使得以太网测试需求激增。400 GbE 还没有完全普及，800 GbE 已经在开发当中。客户需要能够支持各种网速和协议的测试仪。高性能 800 GbE 测试仪需要：

支持将大量数据馈入测试仪的高带宽内存

能够以高达 800 MHz 的时钟频率处理数据的高性能逻辑结构

有足够的收发器，以实现多个 400 G 或 800 G 端口配置

英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 能够满足上述所有三个性能指标：它支持外部 DDR4、DDR5 和 LPDDR5 存储器进行数据包缓冲；它的逻辑结构支持以 1，024 位、大约 800 MHz 的频率实现 800 Gbps 以太网部署，而不是以 2，048 位、大约 400 MHz 的频率来实现；它拥有多达 72 个收发器，可以自定义任意 400/800 G 端口配置组合。此外，由于设备利用率降低，动态功耗也随之降低，而高时钟频率则使产品能够用于尺寸更小的设备。英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 支持 800 GbE 测试，反过来又将促进下一代设备的设计和开发。

800 GbE 测试仪示意图

云

高内存带宽是人工智能 （AI）、网络处理、数据分析和数字货币等常见应用的必备要求。通过深入了解数字货币你会发现，许多数字货币算法使用内存困难型循环来抵制 ASIC 并增强去中心化。内存困难型算法通常会使用循环，在循环中来自一个位置的存储内容与来自其他位置的存储内容进行多次散列计算。这种循环本质上是一个内存带宽测试。利用 FPGA 设计来挖掘这些代币的工程师需要非常高的可用内存带宽和足够的容量来满足挖掘算法的要求。该内存可以高达数 GB，因为尺寸太大而无法装入 FPGA 嵌入式存储器模块中。英特尔® Agilex™ M 系列FPGA 使用封装HBM2e 内存，可以满足这些需求。

在数字货币中，电力和余热散热的成本可谓数目巨大。那么高能效就可以直接转化为盈利能力。英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 采用封装 HBM2e 内存，可提供超高带宽以及比独立解决方案更低的功耗。对于许多内存困难型算法而言，FPGA 中的逻辑资源是不受限制的。要提高算法效率，可以将非内存困难型挖掘算法加载到空闲的 FPGA 逻辑结构中，同时让主机使用高带宽内存（HBM2e） 和更少的逻辑资源运行，根据盈利能力的变化来进行切换。

利用 HBM2e 实施内存困难型算法，

同时在 FPGA 逻辑结构中运行辅助算法

结论

迅猛增长的数据量需要能够处理海量数据的设备。与内存带宽技术的提升速度相比，数据传输速度的提升要大得多，因此造成内存瓶颈，导致现有内存无法满足应用需求。解决内存瓶颈问题需要升级内存带宽和计算效率。

英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 具有多种独特的功能，可以满足不断增加的内存带宽和计算效率需求。它支持包括 HBM2e、DDR5、LPDDR5 和英特尔® 傲腾™ 持久内存在内的多种高性能内存协议，因此形成了广泛的内存层次，可以满足各种系统要求。硬核内存片上网络可确保 HBM2e 内存与逻辑结构之间进行高效内存事务处理。英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 作为第一款基于英特尔 7 制程工艺构建的 FPGA，具备高逻辑密度，与 7 纳米 FPGA 其他产品相比，逻辑结构性能功耗比提高了 2 倍以上。除此之外， 这款支持HBM2e 的FPGA 还支持PCIe Gen5、116 G 收发器和硬核浮点数字信号处理 （DSP），这些功能使英特尔® Agilex™ M 系列FPGA 成为高内存带宽应用的理想解决方案。

审核编辑：彭菁