A Hitek Systems atende à demanda do setor de placas de aceleração com base em FPGA

Resumo executivo

Após o lançamento da família FPGA Intel® Agilex em 2019, agora amplamente reconhecida como FPGAs de 7 nm de mais alto desempenho do setor¹, a Hitek Systems trabalhou para incorporar FPGAs Intel Agilex em sua própria linha de aceleradores de alto desempenho (HiPrAcc™). Após avaliar seus fluxos de design e desenvolvimento de placas, a Hitek Systems concluiu que para padronizar seus fluxos de desenvolvimento com a finalidade de maximizar a reutilização e acelerar o tempo de lançamento no mercado seria melhor capturar a crescente demanda por aceleradores com base em FPGA.

Para isso, a Hitek Systems integrou a infraestrutura de hardware e software Open FPGA Stack (OFS) de código aberto. O uso de componentes básicos de hardware e software da OFS com a documentação técnica de código aberto, ajudou a facilitar o fluxo de desenvolvimento e a aumentar a reutilização e a portabilidade em toda a sua família de aceleradores PCIe.

Por meio do uso da infraestrutura do OFS, a Hitek Systems tem duas plataformas aceleradoras com base em FPGA Intel Agilex 7 disponíveis hoje e tem mais novidades chegando em 2023 e 2024.

Segundo Plano e Desafios

A Hitek Systems é uma empresa especializada em placas e plataformas de desenvolvimento de última geração e de alto nível alimentadas por FPGA, núcleos de propriedade intelectual (IP) de rede e de correção antecipada de erros (FEC), firmware de FPGA, serviços de design de FPGA, drivers de dispositivos e interfaces de programação de aplicativos (APIs) com sede em Germantown, Maryland. A Hitek Systems desenvolve tudo internamente, permitindo modelos de negócios flexíveis que podem ser aproveitados para agilizar o tempo de comercialização do desenvolvimento de placas personalizadas.

A Intel apresentou a família FPGA Intel Agilex em 2019. Desde então, a família de FPGAs Intel Agilex se expandiu para incluir densidades lógicas e de baixa a alta potência em vários aplicativos. A série FPGA Intel Agilex 7 incorpora os FPGAs de mais alto desempenho do setor, oferecendo aproximadamente 2X mais desempenho de malha por watt do que os FPGAs de 7 nm concorrentes[: 84255]. Os FPGAs Intel Agilex 7 e os FPGAs SoC estão atualmente disponíveis nas séries F, I e M, visando a uma ampla gama de aplicativos com uso intensivo de largura de banda, computação e memória, respectivamente.

Em 2023, as famílias de FPGAs Intel Agilex ainda estão oferecendo o mais alto desempenho do setor e se tornaram um elemento básico no setor de FPGAs por seu desempenho líder e eficiência energética Consequentemente, a demanda do usuário final por placas de aceleração com base em FPGA Intel Agilex, especialmente aquelas que habilitaram fluxos de desenvolvimento de alto nível com a oneAPI, apenas cresceu recentemente.

No entanto, desenvolver placas personalizadas com base em FPGA a partir do zero é complicado e extremamente demorado, especialmente com FPGAs de alto desempenho que ultrapassam os limites do desempenho da placa PCIe. Além disso, a portabilidade de projetos de FPGA existentes para FPGAs de fornecedores ou modelos diferentes, também é uma tarefa notoriamente difícil, graças aos IPs, ferramentas, bibliotecas e hardware integrado de fornecedores diferentes, como taxa de dados dupla (DDR), processamento de sinal digital (DSP) e/Ss, que variam entre fabricantes e famílias de FPGA.

Sem uma infraestrutura reutilizável e padronizada, várias placas personalizadas exigem que vários pacotes de suporte de placas (BSPs) sejam criados, desenvolvidos e mantidos separadamente. APIs personalizadas e ferramentas de software também são necessárias para cada placa FPGA, dificultando o gerenciamento e manutenção em famílias de FPGA e versões de ferramentas. Essa série de placas, usando diferentes APIs, ferramentas e controle de versão, também exige um alto nível de suporte ao cliente.

Para aproveitar a tecnologia de FPGA mais recente e de melhor desempenho, atender à demanda desse mercado e trazer nossas soluções ao mercado o mais rápido possível, a Hitek Systems encontrou a necessidade de adotar uma abordagem padronizada e unificada para seu portfólio de placas.

Provedores

Para ajudar os fornecedores de placas e cargas de trabalho de FPGA a escalar e trazer suas soluções ao mercado rapidamente, a Intel desenvolveu e abriu a infraestrutura do OFS, uma ferramenta fundamental para o desenvolvimento com base em FPGA Intel Agilex. O OFS oferece todo o código-fonte de hardware e software, documentação, exemplos de referência e ferramentas necessárias para iniciar o desenvolvimento com base em FPGA em um repositório do GitHub de código aberto. Essa infraestrutura de referência incorpora todos os componentes necessários que os desenvolvedores de placas podem modificar ou aproveitar.

A infraestrutura OFS oferece uma abordagem unificada para a criação e manutenção de BSPs em toda a família de placas HiPrAcc da Hitek Systems. Essa infraestrutura consiste em um FPGA Interface Manager (FIM), comumente chamado de “shell”, e uma região de Unidade Funcional de Acelerador (AFU), uma região designada para desenvolvimento de cargas de trabalho. Ao usar o OFS, os desenvolvedores de placas, ou de FIM, podem aproveitar a infraestrutura de código aberto ou o FIM básico para desenvolver rapidamente um FIM personalizado para sua placa com base no aplicativo no setor de destino. Da mesma forma, o OFS inclui uma estrutura de software de código aberto onde os desenvolvedores podem aproveitar drivers de kernel de código aberto e de fluxo ascendente para acelerar a integração com estruturas comuns. O OFS oferece outros recursos, como reconfiguração parcial, fluxos de desenvolvimento de alto nível, como oneAPI, e interfaces Arm AMBA* e AXI padrão. O OFS permite que os desenvolvedores de placas levem adiante uma interface AFU uniforme, possibilitando assim que seus clientes, desenvolvedores de AFU, aproveitem seu investimento em IP em diferentes placas FPGA.

Ao adotar a infraestrutura e o fluxo de desenvolvimento do OFS e utilizando os FIMs de base fornecidos, a Hitek Systems encontrou mais padronização e portabilidade em famílias de FPGA e nos fluxos de ferramentas, o que nos permitiu desenvolver nossos BSPs rapidamente com mais reutilização em várias plataformas, e oferecendo aos nossos clientes uma experiência de design de AFU uniforme e previsível.

Resultado

A Hitek Systems está enviando e desenvolvendo uma família de aceleradores de alto desempenho, HiPrAcc, com base em FPGAs Intel Agilex 7, que têm como alvo aplicativos de rede, computacionais e de cartão de memória. Essas placas estão disponíveis em uma variedade de fatores de forma com base em PCIe, incluindo perfil de tamanho compacto (HHHL-SS), de tamanho máximo (FHHL-SS) e perfil de GPU (FH¾L-DS). Os cartões de perfil da GPU são projetados para serem descartados em qualquer servidor compatível com GPUs NVIDIA.

A Hitek Systems também está desenvolvendo mais duas placas PCIe HiPrAcc utilizando o FPGA Intel Agilex 7 Série F e Série I com blocos R e F. Essas placas adicionais atingirão a produção até o final de 2023.

Como começar a aceleração do FPGA usando o Open FPGA Stack

Os desenvolvedores de FPGA podem escolher entre as placas HiPrAcc NC100 ou HiPrAcc NCS200 da Hitek Systems e usar a documentação de código aberto e o código-fonte para começar a criar sua carga de trabalho personalizada.
A tabela a seguir descreve como um desenvolvedor pode iniciar o desenvolvimento de cargas de trabalho baseadas em FPGA usando uma placa de aceleração Hitek Systems.