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    Achronix推出突破性FPGA系列

    2019-05-23 09:17 來源:美通社 作者:Angelina

    -- 全新Speedster7t系列針對機器學習和高帶寬網絡應用進行了優化

    -- 全新架構和ACE軟件工具提供性能更高、設計周期更短的設計新范例

    - Speedster7t器件采用臺積電7nm FinFET制造工藝

    - 提供基于FPGA(現場可編程門陣列)的硬件加速器設備和高性能eFPGA(嵌入式FPGA)IP的全球領先企業Achronix半導體公司(Achronix Semiconductor Corporation)今天推出全新的創新型FPGA系列,以滿足人工智能/機器學習(AI/ML)以及高帶寬數據加速應用不斷提高的要求。在一種經過高度優化的全新架構上打造而成的Achronix Speedster?7t系列超越了傳統的FPGA解決方案,具有類似ASIC(特定用途集成電路芯片)的性能、FPGA的廣泛適應性和可簡化設計的增強功能。

    Speedster7t FPGA系列是專門按照AI/ML和高帶寬工作負載的要求來設計的,采用了革命性的全新2D片上網絡(NoC)和高密度的新型機器學習處理器(MLP)陣列。Speedster7t系列將FPGA可編程性與ASIC路由結構及計算引擎相結合,創造出一種名為“FPGA+”的新技術。

    隨著AI/ML用例的迅速演變,人們需要用新的解決方案來滿足更高性能、更高靈活性和更快走向市場等各種要求。在這樣的背景下,Semico Research Corp.預計AI應用領域的FPGA的市場規模將在未來四年內擴大3倍,達到52億美元。

    Achronix半導體公司總裁兼首席執行官羅伯特-布萊克(Robert Blake)表示:“我們正處在智能化、自學習計算高速發展的起步階段,這將對我們日常生活的方方面面產生廣泛的影響。Speedster7t系列的推出是Achronix歷史畫卷上最濃墨重彩的一筆,它代表了四代硬件架構和軟件開發的創新與學習,是我們與重要客戶密切合作的成果。該系列融合了靈活的FPGA技術和ASIC核心效率,開創出全新的‘FPGA+’級芯片,真正突破了高性能計算加速的界限。”

    為開發Speedster7t系列FPGA,Achronix的設計團隊重新設計了整個FPGA架構,力求做到片上處理、組件互連和外部I/O(輸入/輸出設備)之間的平衡,同時最大限度地提高數據密集型工作負載的吞吐量,最典型的就是基于邊緣和服務器的AI/ML應用、網絡和存儲方面的負載。

    Speedster7t器件采用了臺積電(TSMC)的7nm FinFET(7納米鰭式場效應晶體管)制造工藝,可接受來自多個高速數據源的大量數據,再將數據分發到可編程的片上算法和處理單元上,然后以盡可能低的延遲實現計算加速。Speedster7t器件包括高帶寬GDDR6接口、400G以太網端口和PCI Express Gen5 -- 所有這些組件都互相連接,能在提供ASIC級帶寬的同時,完整保留FPGA的可編程性。

    Semico Research的ASIC和SoC(片上系統)首席市場分析師里奇-瓦夫日尼亞克(Rich Wawrzyniak)評論說:“為了處理直接瞄準AI應用的海量數據,創新型硅架構頻頻問世,而全新推出的Achronix Speedster7t FPGA系列就是最好的例子。它將數學函數、內存和可編程性融合到機器學習處理器中,再結合跨芯片二維NoC結構,提供了消除瓶頸和確保數據在整個器件中自由流動的最佳途徑。對AI/ML應用而言,內存帶寬就是一切,Achronix Speedster7t系列在這方面樹立起極高的性能標準。”

    針對計算性能進行優化

    Speedster7t FPGA的核心是新型MLP中的大規模并行可編程計算元件陣列,可提供業界最高的基于FPGA的計算密度。MLP是高度可配置的計算密集型單元塊,支持4到24位的整數格式和高效的浮點模式,包括直接支持TensorFlow的16位格式以及增強型塊浮點格式,將每個MLP的計算引擎增加一倍。

    MLP與嵌入式內存塊緊密耦合,消除了傳統上與FPGA路由相關的延遲,確保以750 MHz(兆赫)的最高性能將數據傳送到MLP。高密度計算和高性能數據傳輸的結合使處理器結構能夠讓基于FPGA的有效運算速度Tops(萬億次/秒)達到最高。

    世界級帶寬

    對于高性能計算和機器學習系統而言,非常關鍵的一點就是片外內存的帶寬要高,才能提供和緩沖多個數據流。Speedster7t是唯一支持最高帶寬外部內存技術——GDDR6內存——的FPGA器件。由于每個GDDR6內存控制器都能支持512 Gbps(吉比特每秒)帶寬,Speedster7t器件中最多有8個GDDR6控制器,這樣GDDR6總帶寬便達到4 Tbps(太比特每秒),內存帶寬與基于HBM(高帶寬內存)的FPGA相同,但成本要低得多。

    美光(Micron)計算與網絡業務部營銷副總裁馬爾-漢弗萊(Mal Humphrey)表示:“美光很高興與Achronix合作打造全球首個與GDDR6直接相連、可滿足高帶寬內存需求的FPGA。像這樣極具創新特色且可擴展的解決方案將推動AI領域進一步加大差異化,而這一領域需要異構計算選項和高性能內存相結合來加速數據洞察。”

    除高內存帶寬之外,Speedster7t器件還包括業界性能最高的接口和端口,能支持極高帶寬的數據流;采用72個最高性能的SerDes,運行速率在1到112 Gbps之間;帶有前向糾錯(FEC)功能的硬化400G以太網MAC(媒體接入控制器);支持4x 100G和8x 50G兩種配置;以及硬化PCI Express Gen5控制器,每個控制器有8或16個通道。

    超高效的數據傳輸

    雖然從Speedster7t的高速I/O和內存端口傳輸多太比特數據很容易超出一個傳統FPGA的面向比特、可編程互連結構的路由容量,但Speedster7t架構包括一個創新、高帶寬的二維NoC,在整個FPGA結構中橫向及縱向鋪展開,連接FPGA所有高速數據和內存接口。Speedster7t NoC就像是疊加在FPGA互連城市街道系統上的高速公路網絡,支持片上處理引擎之間的高帶寬通信。NoC中的每一行或每一列都通過兩個符合行業標準的256位單向AXI信道來通信,頻率為2 Ghz(吉赫茲),同時在每個方向進行512 Gbps的數據傳輸。

    專用2D NoC的運用極大簡化了高速數據傳輸,并確保數據流可以輕松地定向到整個FPGA架構中的任一自定義處理引擎。最重要的是,NoC解決了傳統FPGA會出現的擁塞和性能瓶頸問題,傳統FPGA利用可編程路由和邏輯查找表(LUT)資源,在整個FPGA中傳送數據流。這種高性能網絡不僅可以提高Speedster7t FPGA的總帶寬容量,還可以在降低功耗的同時,提高LUT有效容量。

    針對安全關鍵型和硬件保證型應用的安全功能

    Speedster7t FPGAs具備最先進的比特流安全功能,以多層防御機制,確保比特流的保密性和完整性,從而有效抵御第三方攻擊的威脅。基于防篡改物理不可克隆功能(PUF)對密鑰進行加密,比特流的加密和驗證采用的是256位AES-GCM方法。為了防御邊信道攻擊,比特流被分割開,每個分段使用單獨導出的密鑰,而解密硬件采用了差分功耗分析(DPA)防御對策。此外,Speedster7t還運用2048位RSA公鑰認證協議來激活解密和驗證硬件。用戶可以放心地加載安全的比特流,因為這是一種專門設計的配置,已通過RSA公鑰、AES-GCM私鑰和CRC(循環冗余校驗碼)校驗的驗證。

    可靠且低成本的ASIC轉換方案,滿足大批量生產需求

    Achronix是唯一一家同時提供獨立FPGA和Speedcore?嵌入式FPGA IP的公司。Achronix在Speedster7t FPGA中使用的便是Speedcore eFPGA IP技術,支持從Speedster7t FPGA向ASIC的無縫轉換。FPGA應用通常具有必須保持可編程性的功能,而其他則是專用于特定系統應用的固定功能。在向ASIC轉換時,固定功能可以硬化為ASIC結構,從而縮小芯片尺寸,并降低成本和功耗。通過Speedcore eFPGA IP將Speedster7t FPGA轉換成ASIC,客戶可以節省高達50%的功耗和90%的成本。

    供貨

    Speedster7t FPGA器件提供363K至2.6M六輸入LUT架構配置。支持Speedcore eFPGA和Speedchip? FPGA芯片粒等所有Achronix產品的ACE設計工具現已上市。

    第一批用于評估的器件和開發板將于2019年第四季度推出。

    Achronix FPGA

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