Hitek Systems 使用開(kāi)放式 FPGA 堆棧 (OFS) 和Agilex7 FPGA，以開(kāi)發(fā)基于最新 PCIe 的高性能加速器 (HiPrAcc)，旨在滿足網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和高容量存儲(chǔ)應(yīng)用的需求。

概 覽

Hitek Systems 滿足了行業(yè)對(duì)基于 FPGA 的加速板的需求，這些加速板采用了Agilex7 FPGA 系列，Agilex7 FPGA 因行業(yè)領(lǐng)先的結(jié)構(gòu)和 I/O 速度而廣受歡迎。

開(kāi)放式 FPGA 堆棧 (OFS) 是一個(gè)開(kāi)源的硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施，Hitek Systems 利用它來(lái)對(duì)高性能加速器 (HiPrAcc) 進(jìn)行擴(kuò)展和標(biāo)準(zhǔn)化。

Hitek Systems 目前推出了兩款支持 OFS 的 HiPrAcc 主板。

要點(diǎn)綜述

繼 2019 年推出Agilex FPGA 家族后（該產(chǎn)品家族目前被廣泛認(rèn)為是業(yè)界性能最高的 7 納米 FPGA1），Hitek Systems 在其高性能加速器產(chǎn)品系列 (HiPrAcc) 中引入了Agilex FPGA。在評(píng)估了當(dāng)前的開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程后，Hitek Systems 得出結(jié)論，通過(guò)規(guī)范開(kāi)發(fā)流程來(lái)最大限度地提高復(fù)用率并縮短上市時(shí)間，將更好地滿足市場(chǎng)對(duì) FPGA 加速器日益增長(zhǎng)的需求。

為此，Hitek Systems 集成了開(kāi)源的開(kāi)放式 FPGA 堆棧 (OFS) 硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施。使用基本的 OFS 硬件和軟件組件和開(kāi)源技術(shù)文檔，有助于簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，提高 PCIe 加速器產(chǎn)品系列的重用性和可移植性。

使用 OFS 基礎(chǔ)設(shè)施，Hitek Systems 目前推出了兩款基于Agilex7 FPGA 的加速器平臺(tái)，2024 年還會(huì)推出更多平臺(tái)。

背景和挑戰(zhàn)

Hitek Systems 是一家專注于 FPGA 高端主板和開(kāi)發(fā)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)和前向糾錯(cuò) (FEC) 知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 內(nèi)核、FPGA 固件、FPGA 設(shè)計(jì)服務(wù)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用編程接口 (API) 的公司，總部位于馬里蘭州日耳曼敦。

Hitek Systems 的一切開(kāi)發(fā)工作都在內(nèi)部進(jìn)行，為他們提供了一種靈活的商業(yè)模式，可以加快定制板開(kāi)發(fā)的上市時(shí)間。

英特爾于 2019 年推出了英特爾Agilex FPGA 產(chǎn)品家族。從那時(shí)起，Agilex 家族不斷擴(kuò)展，增添了具備不同功率和邏輯密度的 FPGA，旨在滿足不同應(yīng)用的需求。

Agilex7 FPGA 系列集成了業(yè)界性能最高的 FPGA，結(jié)構(gòu)性能功耗比比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的 7 納米 FPGA 高出約兩倍1。Agilex7 FPGA 和 SoC FPGA 目前有 F、I 和 M 系列，分別針對(duì)各種帶寬密集型、計(jì)算密集型和內(nèi)存密集型應(yīng)用。

2024 年，Agilex FPGA 家族仍將提供業(yè)界最高的性能，并以領(lǐng)先的性能和能效成為 FPGA 行業(yè)的主要產(chǎn)品。因此，最終用戶對(duì)基于Agilex FPGA 的加速卡的需求，特別是那些通過(guò) oneAPI 支持高級(jí)開(kāi)發(fā)流程的加速卡，一直保持增長(zhǎng)

然而，從頭開(kāi)發(fā)基于 FPGA 的定制板非常復(fù)雜且非常耗時(shí)，尤其是在高性能 FPGA 突破 PCIe 卡性能極限的情況下。此外，將現(xiàn)有 FPGA 設(shè)計(jì)移植到不同廠商的 FPGA 或不同型號(hào)的 FPGA 也是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)，這是因?yàn)閺S商 IP、工具、庫(kù)和內(nèi)置硬件因制造商和 FPGA 家族而異，如雙倍數(shù)據(jù)速率 (DDR)、數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 和 I/O。

如果沒(méi)有可重復(fù)使用和標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)設(shè)施，多個(gè)定制主板需要單獨(dú)構(gòu)建、開(kāi)發(fā)和維護(hù)多個(gè)主板支持包 (BSP)。每個(gè) FPGA 卡還需要定制 API 和軟件工具，這使得跨 FPGA 家族和工具版本的管理和維護(hù)變得十分困難。這些卡使用不同的 API、工具和版本，也需要高水平的客戶支持。

為了利用最新的高性能 FPGA 技術(shù)，滿足市場(chǎng)的需求，并更快地將解決方案推向市場(chǎng)，Hitek Systems 發(fā)現(xiàn)有必要采用標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)開(kāi)發(fā)主板組合。

解決方案

為了幫助 FPGA 主板和工作負(fù)載廠商擴(kuò)展并更快地將解決方案推向市場(chǎng)，英特爾開(kāi)發(fā)了 OFS 基礎(chǔ)設(shè)施并實(shí)現(xiàn)了其開(kāi)源化，這是一款關(guān)鍵的基礎(chǔ)工具，用于推動(dòng)Agilex FPGA 方案的開(kāi)發(fā)。OFS 在開(kāi)源 GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)中提供了啟動(dòng) FPGA 方案開(kāi)發(fā)所需的所有硬件和軟件源代碼、文檔、參考示例和工具。這個(gè)參考基礎(chǔ)設(shè)施包含了主板開(kāi)發(fā)人員可以修改或利用的所有必要組件。

OFS 基礎(chǔ)設(shè)施提供了一種統(tǒng)一的方法來(lái)構(gòu)建和維護(hù) Hitek Systems HiPrAcc 主板系列中的 BSP。該基礎(chǔ)設(shè)施由 FPGA 接口管理器 (FIM) 和加速器功能單元 (AFU) 區(qū)域組成，前者通常被稱為“外殼”，后者是指定的工作負(fù)載開(kāi)發(fā)區(qū)域。通過(guò)使用 OFS，主板或 FIM 開(kāi)發(fā)人員可以利用開(kāi)源基礎(chǔ)設(shè)施或基礎(chǔ) FIM，根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用或行業(yè)為主板快速開(kāi)發(fā)量身定制的 FIM。同樣，OFS 包括一個(gè)開(kāi)源軟件框架，開(kāi)發(fā)人員可以利用上傳的開(kāi)源內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序來(lái)加速與通用框架的集成。

OFS 還提供了其他功能，即部分重新配置、高級(jí)開(kāi)發(fā)流程（如 oneAPI）以及標(biāo)準(zhǔn) Arm AMBA* 和 AXI 接口。OFS 支持主板開(kāi)發(fā)人員采用統(tǒng)一的 AFU 接口，從而使他們的客戶（AFU 開(kāi)發(fā)人員）能夠在不同的 FPGA 主板上利用他們的 IP 投資。

通過(guò)采用 OFS 基礎(chǔ)設(shè)施和開(kāi)發(fā)流程，并利用提供的基礎(chǔ) FIM, Hitek Systems 在 FPGA 家族和工具流程中提升了標(biāo)準(zhǔn)化程度和可移植性，這使得我們能夠快速開(kāi)發(fā) BSP，并實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)重用，為客戶提供統(tǒng)一且可預(yù)測(cè)的 AFU 設(shè)計(jì)體驗(yàn)。

結(jié) 果

Hitek Systems 正在發(fā)運(yùn)和開(kāi)發(fā)一系列基于Agilex7 FPGA 的高性能加速器 HiPrAcc，這些加速器用于網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和卡上存儲(chǔ)應(yīng)用。這些加速卡有多種基于 PCIe 的外形，包括半高 (HHHL-SS)、全高 (FHHL-SS) 和 GPU 規(guī)格 (FH?L-DS)。GPU 規(guī)格的加速卡被設(shè)計(jì)成可以放入任何支持 NVIDIA GPU 的服務(wù)器中。

Hitek Systems 還利用Agilex7 FPGA F 系列和 I 系列（帶 R 和 F tile）開(kāi)發(fā)了另外兩款 HiPrAcc PCIe 卡，已于 2023 年底前投入生產(chǎn)。

Hitek Systems 總裁 Tariq Muhammad 表示：

通過(guò)與英特爾合作并利用近期開(kāi)源的 OFS，我們簡(jiǎn)化了 FPGA 支持包的開(kāi)發(fā)過(guò)程，特別是我們基于 HiPrAcc PCIe 的加速卡。通過(guò)將 OFS 與Agilex FPGA PCIe 卡相結(jié)合，我們可以幫助客戶縮短 FPGA 應(yīng)用開(kāi)發(fā)的時(shí)間并降低其復(fù)雜性。

如何使用開(kāi)放式 FPGA 堆棧開(kāi)始 FPGA 加速

FPGA 開(kāi)發(fā)人員可以從 Hitek Systems 支持 OFS 的 HiPrAcc NC100 或 HiPrAcc NCS200 主板中進(jìn)行選擇，并使用開(kāi)源文檔和源代碼開(kāi)始構(gòu)建自己的自定義工作負(fù)載。

下表概述了開(kāi)發(fā)人員如何使用 Hitek Systems 加速板開(kāi)始基于 FPGA 的工作負(fù)載開(kāi)發(fā)。

審核編輯：劉清