FPGA остаются популярными как гибкие решения, пригодные для реализации широкого круга задач по ускорению обработки данных. Однако с ростом пропускной способности современных сетей растут соответствующие требования и к FPGA. Ответом на вызовы в этом сегменте стал выпуск новой серии ПЛИС Intel Agilex 7 с самыми быстрыми в мире FPGA трансиверами F-Tile.

Источник изображений здесь и далее: Intel

F-Tile — двухрежимный последовательный интерфейс, предлагающий схемы модуляции PAM4 и NRZ. Он может работать на скоростях до 116 Гбит/с. Также предлагается реализация Ethernet вплоть до 400GbE. Каждый тайл такого типа может содержать до четырёх высокоскоростных каналов FHT с поддержкой PAM4 и до 16 менее скоростных каналов FGT, ограниченных 58 Гбит/с в режиме PAM4 и 32 Гбит/с в режиме NRZ. Количество F-тайлов в составе Agilex 7 зависит от конкретной модели чипа.

Наличие столь высокопроизводительных трансиверов в составе Agilex 7 делает новые ПЛИС Intel отлично подходящими для поддержки высокоскоростных сетей (в качестве DPU), в том числе беспроводных, или для ИИ-ускорителей. Производительностью Agilex 7 не обделены — для старшей серии M говорится о 38 Тфлопс, правда, в режиме FP16.

Базируются новые ПЛИС на уже не слишком новом 10-нм техпроцессе Intel 7 Enhanced SuperFin, и в старшей серии M могут предоставить в распоряжение разработчику 3,85 млн логических элементов, 12300 блоков DSP и 370 Мбайт быстрой интегрированной памяти, а также до 32 Гбайт памяти в HBM2e-сборках. Также в составе присутствует квартет ядер Arm Cortex-A53. Agilex 7 поддерживают интерфейс PCI Express 5.0 и CXL 1.1 (посредством R-Tile).

Таким образом, программируемые матрицы Intel Agilex 7 благодаря сочетанию быстрых трансиверов и интерфейсов HBM2e и LPDDR5 найдут применение в любых сценариях, где требуется обработка существенных массивов данных: в периферийных системах первичной обработки данных, решениях искусственного интеллекта, при развёртывании сетей 5G и даже в сфере HPC.

Популярность программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) сегодня определённо находится на подъёме, поскольку FPGA универсальны по своей природе и позволяют легко реализовать практически любую концепцию сопроцессора. Микросхемы такого типа весьма востребованы в сетях 5G и современной робототехнике.

Компания Intel некоторое время задерживалась с обновлением своего модельного ряда ПЛИС, опираясь на серию Agilex 2021 года, выпускаемую с использованием техпроцесса 10 нм SuperFin, но теперь она намеревается наверстать упущенное уже в 2023–2024 годах.

Источник изображений: Intel. Полные версии изображений открываются по нажатию.

Новое поколение ПЛИС серии Agilex M запланировано именно на этот период, но основные изменения коснутся технологических процессов — Intel переведёт эти чипы на использование техпроцесса Intel 7, также относящегося к классу «10 нм», но более совершенного.

Однако на этот же период запланирован и выпуск ПЛИС Agilex нового поколения. Как отмечает Шэннон Поулин (Shannon Poulin), глава отдела программируемых решений Intel, компания во многом полагается на унаследованные продукты, многие из которых были разработаны не самой Intel, а некоторые насчитывают 5–10–20 лет, поэтому Intel предстоит много работы.

В настоящее время компания активно работает именно над совершенствованием модульных технологий, позволяющих интегрировать ПЛИС-чиплеты с поддержкой интерфейсов UCIe, PCI Express 5.0 и CXL в широкий круг чипов, от ускорителей машинного обучения и GPU до традиционных процессоров с архитектурами x86 и RISC-V.

Эта интеграция будет использовать интерфейс AIB (Advanced Interface Bus). Компания активно сотрудничает с крупными производителями электроники, такими как Texas Instruments, и уже располагает рабочими образцами ПЛИС-чиплетов нового поколения.

Также Intel планирует наверстать отставание в секторе ПЛИС среднего класса с новой серией чипов Agilex D. Эта новинка получит 100 тыс. элементов, поддержку экономичной памяти DDR5 и новый интерконнект «smart fabric». Первые серии Agilex D увидят свет в 2023 году с дальнейшими массовыми поставками в 2024.

Новое семейство Agilex под кодовым названием Sundance Mesa будет представлять собой примерно половину Agilex D с приблизительно 50 тыс. элементов. Эта новинка нацелена на рынок потребительских решений в области машинного интеллекта.

Несмотря на активное продвижение модульного подхода к конструированию ПЛИС, последние две новинки в сериях Agilex D и Sundance Mesa будут использовать традиционный монолитный дизайн кристалла, но именно они помогут Intel укрепить позиции на рынке ПЛИС малого и среднего классов. Однако компании придется активно состязаться с AMD, располагающей активами Xilinx и активно завоёвывающей с их помощью рынки ЦОД и HPC.

Производители аппаратного обеспечения в последнее время особенно активно анонсируют продукты, разработанные для экосистемы CXL. Пока это, в основном, модули памяти, накопители или контроллеры для самого интерконнекта CXL, но компания BittWare, дочернее предприятие Molex, представила нечто иное — по ряду параметров первые в своём роде ускорители с поддержкой CXL, пусть пока и опциональной.

Объединяет серию новинок то, что построены они на базе FPGA Intel Agilex. Всего представлено три новых модели: IA-860m, IA-640i и IA-440i. Возглавляет семейство ускоритель IA-860m, использующий самую мощную ПЛИС Agilex AGM 039, оснащённую собственным банком памяти HBM2e объёмом 16 Гбайт, но версия с поддержкой CXL может комплектоваться уже 32 Гбайт такой памяти. Помимо этого, ускоритель имеет два канала DDR5 для DIMM-модулей и три QSFP-DD (до 400GbE).

Источник: BittWare

Эта модель предназначена для сценариев, требующих высокой пропускной способности одновременно от сетевых каналов и подсистемы памяти. Интересной особенностью является наличие внутренних портов расширения MCIO, каждый из которых представляет собой по два корневых комплекса PCIe 4.0 x4.

Блок-схема IA-860m. Источник: BittWare

Модель IA-640i проще, что видно даже по более скромной однослотовой пассивной системе охлаждения. Здесь устанавливается ПЛИС Intel Agilex AGI 019 или AGI 023, 400GbE-порт QSFP-DD только один, интерфейс MCIO тоже один, памяти HBM нет, а DDR4 заменила DDR5. Поддержка CXL также опциональна, как и в старшей версии, она пока ограничена версией 1.1. Фактически при желании можно просто докупить соответствующий IP-блок.

Блок-схема IA-640i. Источник: BittWare

Наконец, версия IA-440i предназначена для использования в компактных серверах, она имеет низкопрофильный конструктив, остальные же её характеристики практически аналогичны IA-640i, за исключением того, что из внутренних интерфейсов у этой модели остался только USB. Все ускорители сопровождаются набором фирменного ПО: драйверами, SDK BittWare, библиотеками и утилитами мониторинга. Новинки поддерживают стандарт Intel oneAPI.

Блок-схема IA-440i. Источник: BittWare

Возможности, предоставляемые новыми ускорителями, ограничены только физическими возможностями набортных логических матриц и фантазией разработчиков. Они могут стать основой для инференс-систем, ускорителей работы с базами данных, «вычислительных накопителей», поддержки сетей 5G, обработки потоков данных с массивов различных датчиков в «умной» промышленности и для многого другого.

Первые поставки младших моделей запланированы на заключительный квартал этого года с последующим выходом на массовое производство в I квартале 2024 года. А вот первых IA-860m следует ждать не раньше II квартала следующего года, тогда как массовые поставки, согласно опубликованным планам, стартуют лишь годом позже, во II квартале 2024 года.

Intel анонсировала новые ПЛИС Agilex M-Series. Литера «M» в названии означает Memory, и в анонсе указано, что новинки обладают беспрецедентно производительной для FPGA подсистемой памяти, что делает их востребованными в добыче криптовалют и сетевых приложениях, а также везде, где пропускная способность памяти играет решающую роль.

Действительно, характеристики этой подсистемы впечатляют: на борту новых чипов устанавливается по два кристалла HBM2e с совокупной пропускной способностью 820 Гбайт/с, что на почти на две трети больше, нежели у предыдущего лидера в этой области, FPGA Stratix 10 MX. В зависимости от конкретной модели, объём набортного банка HBM2e может достигать 32 Гбайт. Но это не всё — у Agilex M есть ещё и восемь каналов для DDR5-памяти, что суммарно даёт почти 1,1 Тбайт/с.

Изображения: Intel

За тесную связь двух типов оперативной памяти отвечает шина Memory Network-on-Chip (7,52 Тбайт/с). Это первые FPGA Intel, выпущенные с использованием техпроцесса Intel 7 (10-нм SuperFin). Более того, это, по словам Intel, первые ПЛИС, поддерживающие когерентность кешей и памяти с процессорами Intel Xeon благодаря поддержки CXL. Наконец, Agilex M единственные в природе FPGA, способные одновременно работать с памятью HBM2e, DDR5 и Optane.

С внешним миром чипы общаются посредством PCI Express 5.0 и 400GbE-интерфейсов (116G-трансирверы). Intel называет свои новые детища лучшими решениями в области цифровой обработки сигналов, а в удельной производительности интерконнекта (в пересчёте на потребление) они более чем вдвое превосходят ближайшего соперника в лице Versal от Xilinx, принадлежащих сейчас AMD.

Поскольку FPGA априори универсальны, конкретную область применения новинок назвать сложно, но с учётом рекордных показателей подсистем памяти и наличия 12300 DSP-блоков (18 Тфлопс FP32, 88,6 Топс INT8), это может быть любой сценарий, связанный с обработкой серьёзных потоков данных: DPU/IPU на 400G/800G-сетях, тестовые стенды для 5G/6G-сетей, радары и прочие задачи обработки радиосигналов, машинное обучение и HPC, блокчейн и добыча криптовалют.

CESNET, альянс чешских университетов и национальной академии наук, поставил перед собой задачу разработать высокоскоростные адаптеры для использования в современных СХД и HPC-системах. Совместно с французской компанией Reflex CES, специализирующейся на разработке FPGA-решений, они представили первый европейский SmartNIC XpressSX AGI-FH400G класса 400GbE. И это первое аппаратное решение в рамках проекта Liberouter, цель которого — создание высокоскоростных сетевых платформ на базе ПЛИС.

Изображения: www.reflexces.com

Новый адаптер интересен тем, что он является одной из пока немногих карт расширения, поддерживающих PCIe 5.0 и CXL. В его основе лежит мощная ПЛИС Intel серии Agilex I-Series c 2,7 млн логических элементов, 8,5 тыс блоков DSP и 260 Мбит быстрой памяти на кристалле. Дополнительно она имеет собственный четырёхъядерный процессор Arm Cortex-A53.

Блок-схема XpressSX AGI-FH400G

В качестве основного интерфейса используется стандартный разъём PCIe 5.0 x16, но на плате установлено ещё две пары HSI-коннекторов для подключений PCIe 5.0 и CXL. Подсистема памяти представлена тремя независимыми банками: 4 Гбайт DDR4-2666 на борту (общей для CPU и FPGA) + два слота SO-DIMM для 32-Гбайт модулей.

Программно-аппаратная архитектура Liberouter NDK

Как уже было сказано, целью проекта было создание современного сетевого ускорителя, способного с минимальными задержками обрабатывать данные на скорости 400 Гбит/с, и разработчикам удалось создать базовый набор ядер для ПЛИС с поддержкой DMA.

Новый ускоритель XpressSX AGI-FH400G имеет двухслотовый форм-фактор

В комплект поставки входят все необходимые средства разработки, включая набор IP-блоков, скрипты для синтеза конечного дизайна ускорителя, драйверы и программный стек для Linux с поддержкой DPDK, а также пользовательские библиотеки и инструментарий для настройки компонентов. Программно архитектура новинки полностью модульная и масштабируемая, что позволит создавать на её основе гибкие и высокопроизводительные сетевые решения класса 400GbE, и не только их.

Компания BitWare объявила о расширении серии ускорителей IA, основанных на программируемых матрицах Intel Agilex. Добавлено 2 новые модели: IA-420F (низкопрофильная PCIe-карта) и IA-220-U2 (U.2). Вместе с выпущенным ранее двухслотовым PCIe-ускорителем IA-840F, серия IA теперь охватывает 3 наиболее востребованных в ЦОД и сетевой инфраструктуре форм-фактора, что значительно повышает гибкость развёртывания.

Ускоритель IA-420F предназначен для использования в качестве SmartNIC и для вычислительных хранилищ (computational storage). Эта однослотовая HHHL-карта может быть установлена практически в любые серверные и периферийные устройства. В состав платы входят: микросхема FPGA Intel AGF 014 на 1,437 млн логических элементов, 2 Гбит загрузочной флеш-памяти, 2 банка DDR4 (до 16 ГБайт каждый), 8 линий GPIO. Для программирования и отладки на плату выведен порт USB, подключённый к набортному BMC.

Сетевой интерфейс представлен разъёмом QSFP-DD (200 Гбит/с), соединённым с FPGA через восемь 25G-трансиверов. Предусмотрена программируемые пользователем 10/25/40/100GbE-подключения, а также поддержка синхронизации с подавлением джиттера с внешним источником точного времени. FPGA напрямую подключена к линиям PCIe 4.0 x16. Максимальное энергопотребление составляет 75 Вт.

Модуль IA-220-U2 выполнен в форм-факторе U.2 (15 мм) и оптимизирован для работы с пассивным охлаждением — максимальное энергопотребление составляет 25 Вт. Он предназначен для рабочих нагрузок, связанных с NVMe СХД. Основной элемент платы — та же FPGA Intel AGF 014 с двумя банками памяти DRR4-2400 (до 8 ГБайт).

Кроме того, есть SMBus контроллер с поддержкой NVMe-MI 1.а, что позволяет легко обновлять ПО FPGA. Также есть выводы JTAG и GPIO. Ускоритель IA-220-U2 имеет интерфейс PCIe 4.0 x4 и может быть установлен в обычные 2U СХД. Его удобно использовать в платформах, где имеется избыток слотов U.2, но нет свободных слотов PCIe.

Благодаря использованию в обоих модулях ПЛИС Intel Agilex, пользователям доступен oneAPI — унифицированный набор средств разработки, который, по словам создателей, позволяет заказчикам быстро перейти от создания пробных образцов к массовому развёртыванию, успешно выполняя все требования по квалификации, проверке, управлению жизненным циклом и поддержкой. Впрочем, никто не мешает воспользоваться и Quartus Prime Pro.

Компания BittWare, входящая в группу Molex, анонсировала ускоритель IA-840F, рассчитанный на центры обработки данных следующего поколения. Представленное решение, как утверждается, обеспечивает высокий показатель производительности в расчёте на ватт затрачиваемой энергии.

IA-840F — это первый акселератор BittWare, построенное на основе перепрограммируемой вентильной матрицы (FPGA) Intel Agilex. Узнать подробно о данном изделии можно в нашем материале. Напомним, что Agilex сочетает массив программируемых вентилей, цифровые сигнальные процессоры с производительностью до 40 терафлоп, память DDR4 или HBM2, а также высокоскоростные интерфейсы.

Ускоритель BittWare IA-840F построен на матрице Agilex AGF027. Новинка выполнена в виде двухслотовой карты расширения, рассчитанной на установку в разъём PCIe 4.0 х16. Габариты составляют 111 × 266,7 мм.

Для новинки заявлена поддержка унифицированной среды программирования Intel oneAPI. Акселератор будет доступен в модификациях с различным охлаждением — пассивным, активным воздушным и жидкостным. Поставки BittWare IA-840F планируется организовать во втором квартале следующего года. Сведений о цене пока нет.

Компания Intel сообщила, что она начала ранние поставки ряду клиентов ограниченных партий 10-нм матриц ПЛИС Agilex (FPGA). В число счастливцев вошли компании Microsoft, Colorado Engineering, Mantaro Networks и Silicom. Для Intel это важное событие.

Прямой конкурент Agilex, матрицы компании Xilinx, завоёвывает всё большую популярность на рынке. Вплоть до того, что Microsoft может рассматривать вопрос отказа от этой продукции Intel. Поэтому компания поспешила начать поставки Agilex даже несмотря на то, что они перетягивают на себя часть дефицитных линий по выпуску 10-нм процессоров.

Анонс матриц Agilex состоялся весной этого года. Подробнее о спецификациях трёх семейств Agilex мы рассказывали ровно месяц назад.

Если вкратце, матрицы Agilex представляют собой многокристальные сборки на одной подложке EMIB (embedded multi-die interconnect bridge). Они сочетают массив программируемых вентилей, цифровые сигнальные процессоры с производительностью до 40 терафлопс, память DDR4 или HBM2, высокоскоростные интерфейсы 112 Гбит/с на линию, что даёт возможность организовать порты 400 Gb.

Ещё одной интересной особенностью Agilex можно считать аппаратную поддержку вычислений bfloat16, нового формата хранения чисел, сочетающего необходимый уровень точности со скоростью вычислений. Поддержка bfloat16 нужна для машинного обучения и ИИ.

По словам Intel, 10-нм матрицы Agilex до 40 % быстрее справляются с задачами, чем предыдущее 14-нм поколение матриц Intel Stratix 10. Как вариант, производительность можно сохранить на прежнем уровне, но на 40 % снизить потребление платформы.

В целом матрицы Agilex обещают привнести в индустрию гибкость ПЛИС (и платформ), в сочетании с низким потреблением и высокой производительностью «почти как» у заказных БИС (ASIC).