5G网络用FPGA加速卡的功能及设计

5G即将登场，在“接入和边缘网络”与“核心网络”之间面临海量数据任务，同时服务提供商又希望从4G过渡到5G时不增加更多的成本，此时，FPGA可编程加速卡再次显威力——英特尔推出了英特尔可编程加速卡N3000（即：英特尔），采用了英特尔® Arria® 10 FPGA，专为服务提供商而设计。在中国的目标客户是一级和二级的电信服务商，还有很多设备制造商。

该加速卡可以把一些原来要在CPU上运行的工作量转移到FPGA加速卡上。这既针对核心网络，也针对无线接入网。优势首先是这款产品是专门为5G定制的。它能够支持高吞吐量、低延迟和高带宽的应用。与此同时，因为5G的网络技术还在不断地发展过程中，所以它提供的是一个可定制的平台。因为该平台是支持端到端的行业标准和一个开源的工具，所以可使用户很快地将产品推向市场。一方面可以满足5G的要求；另一方面也可以满足网络功能虚拟化（NFV）的要求。
       众所周知，从2017年下半年开始，英特尔宣布了多个FPGA的平台和解决方案，既有针对边缘网络的，同时也有针对数据中心的。此次宣布的这款产品处在“接入和边缘网络”与“核心网络”之间。至此，英特尔已把整个产品系列完成，这样，既可结合英特尔的硬件的能力，同时又结合了软件的能力和CPU的能力，可以使更多的工作负荷通过从CPU上卸下来放到FPGA上面，从而使整个网络可以处理更多的工作量。

另外，在MWC期间，软件合作伙伴还展示了采用该加速卡开发的一款面向 5G核心网络 (CN)/演进分组核心的新型解决方案——率先实现真正的200 Gbps/服务器。据悉，这是英特尔第一款针对网络用途的FPGA可编程加速卡。

针对网络的解决方案可能要满足的需求相对是比较确定的，不像数据中心这么广泛，不过难点是5G的技术还在演变过程中，所以需要高度的定制化和充分的灵活性。合作伙伴的可定制性主要是定制哪些？实际上，举个例子，在英特尔和Affirmed Networks的合作中，后者是把英特尔参考的编码和自己的软件整合起来，而形成FPGA的加速。它能够提供比较大的灵活性，就是它可以修改编码，也可以加上它自己需要分流的工作的负荷，或者它也可以把一些工作负荷整合起来，因为英特尔有足够多的逻辑可以供它使用。另外，随着5G技术的标准还在变化，客户无需在其服务器上安装一个新的设备，只需要在FPGA上进行更换就可以了。
       加速卡的特点把CPU的工作分流了，分流的是什么工作？实际上，可以转移或分流的工作负载在vRAN的应用里，包括4G的Turbo，即它的错误的纠正，还有5G的LDPC，此外还有前传，包括加速。然后就是针对核心或者是NFV的应用，包括NFVI、VNF，还有针对安全的防火墙等等的，以及包括5G下一代的核心网络等。

关于合作伙伴，基于可编程加速卡的生态建设和合作伙伴方面的具体情况如何？这个问题包括N3000及之前的可编程加速卡。实际上，关于英特尔和互联网协议的开发商的合作，在数据中心层面约有20多个合作伙伴，满足的是范围较广的客户群的需求，包括数据分析、基因测序、金融和安全方面等。另外，针对网络部分，这次是首次和Affirmed Networks软件供应商合作。未来随着N3000的推出，英特尔还会披露更多的合作伙伴的关系。针对边缘，有硬件的服务器的合作伙伴。另外，针对这个平台，是和英特尔的OpenVINO的框架来合作的，它是一个行业标准的框架。下面大概有十多个合作伙伴。
       现在N3000这个领域，业界是否都认同的方式？英特尔当然希望这种的模式能够被行业广泛使用。当然，市面上可能还会有其他的解决方案。从FPGA可编程加速卡来看，最显著的优势是可以同时分流多重的工作负荷。与此同时，它在不改变硬件的情况下可以改变工作负荷。即：这款产品和其他解决方案最大的区别是硬件加速器。因为其他的解决方案，它的处理或者工作负荷还是要在CPU上实现的。而本加速卡通过增加了100万个逻辑单元，可以智能地分流，把很多原来需要在CPU上处理的工作负荷转移到FPGA上。这样使得CPU能够获得更多的带宽来实现其他的功能。
       相比其他FPGA公司的加速卡的优势是什么？实际上，最大的一个区别就是英特尔有比较完整的产品线。从边缘一直到云都有。其他的友商只是针对数据中心有加速卡。另外一个优势是英特尔是有比较完整的硬件+平台+行业标准的软件的完整解决方案，这样可以使用户的产品能快速推向市场。
       那么，与数据中心的加速卡相比，N3000的设计难点是什么？实际上，N3000最大的好处是可以使得生态系统中的合作伙伴（注：包括服务器的制造商等）无需了解FPGA到底是怎么回事，因为它本身是一个可编程的产品，而且它提供的是一个平台——里面既有软件，又有硬件，因此客户拿来就可以用。