Hitek Systems Menjawab Permintaan Industri akan Board Akselerasi berbasis FPGA

Ringkasan Penting

Setelah peluncuran rangkaian Intel® Agilex FPGA pada tahun 2019, yang kini dikenal luas sebagai FPGA 7nm dengan performa tertinggi di industri¹, Hitek Systems bekerja untuk menggabungkan Intel Agilex FPGA dalam jajaran akselerator berperforma tinggi (HiPrAcc™). Setelah mengevaluasi desain board saat ini dan alur pengembangan, Hitek Systems menyimpulkan bahwa menstandarkan alur pengembangannya untuk memaksimalkan penggunaan kembali dan mempercepat waktu ke pasar akan lebih baik dalam menangkap permintaan yang terus meningkat untuk akselerator berbasis FPGA.

Untuk melakukannya, Hitek Systems mengintegrasikan infrastruktur perangkat keras dan perangkat lunak Open FPGA Stack (OFS) sumber terbuka. Penggunaan komponen perangkat keras dan perangkat lunak OFS dasar, yang dipadukan dengan dokumentasi teknis sumber terbuka, telah membantu mempermudah alur pengembangan dan meningkatkan penggunaan kembali dan portabilitas di seluruh rangkaian akselerator PCIe.

Melalui penggunaan infrastruktur OFS, Hitek Systems memiliki dua platform akselerator berbasis Intel Agilex 7 FPGA yang tersedia saat ini, dengan lebih banyak lagi yang akan hadir pada tahun 2023 dan 2024.

Latar belakang dan Tantangan

Hitek Systems adalah perusahaan yang mengkhususkan diri dalam platform pengembangan dan board yang didukung FPGA kelas atas, dan canggih, jaringan dan inti forward error correction (FEC) intellectual property (IP), firmware FPGA, layanan desain FPGA, driver perangkat, dan application programming interfaces (API) yang bermarkas di Germantown, Maryland. Hitek Systems mengembangkan semuanya secara internal, memungkinkan mereka menggunakan model bisnis yang fleksibel yang dapat dimanfaatkan untuk waktu yang lebih cepat ke pasar untuk pengembangan board kustom.

Intel memperkenalkan rangkaian Intel Agilex FPGA pada tahun 2019. Sejak itu, rangkaian Intel Agilex FPGA telah berkembang untuk mencakup densitas logika dan daya rendah hingga tinggi pada berbagai aplikasi. Rangkaian Intel Agilex 7 FPGA menggabungkan FPGA dengan performa tertinggi di industri, yang menghadirkan performa per watt sekitar 2X lebih baik dibandingkan FPGA 7 nm pesaing¹. Intel Agilex 7 FPGA dan SoC FPGA saat ini tersedia dalam seri F, I, dan M, yang menarget berbagai aplikasi yang intensif bandwidth, intensif komputasi, dan intensif memori, secara berurutan.

Di tahun 2023, rangkaian Intel Agilex FPGA masih menghadirkan performa tertinggi di industri dan telah menjadi hal yang umum di industri FPGA untuk performa yang unggul dan efisiensi daya. Akibatnya, permintaan pengguna akhir untuk kartu akselerasi berbasis Intel Agilex FPGA, terutama yang memungkinkan alur pengembangan tingkat tinggi dengan oneAPI, baru berkembang akhir-akhir ini.

Namun, mengembangkan board berbasis FPGA kustom dari nol sangatlah rumit dan memakan banyak waktu, khususnya dengan FPGA berperforma tinggi yang mendorong batasan performa kartu PCIe. Selain itu, memasang desain FPGA yang ada ke FPGA dari vendor lain atau model FPGA yang berbeda juga merupakan tugas yang sangat sulit, karena IP vendor, alat, pustaka, dan perangkat keras bawaan yang berbeda, seperti double data rate (DDR), pemrosesan sinyal digital (DSP), dan I/O, yang bervariasi di antara produsen dan rangkaian FPGA.

Tanpa infrastruktur yang dapat digunakan kembali dan terstandarisasi, beberapa board kustom memerlukan beberapa paket dukungan board (BSP) untuk dibangun, dikembangkan, dan dipelihara secara terpisah. API kustom dan alat perangkat lunak juga diperlukan untuk setiap kartu FPGA, sehingga sulit untuk mengelola dan memelihara FPGA dari berbagai rangkaian dan versi alat. Berbagai macam kartu ini, yang menggunakan API, alat, dan versi yang berbeda, juga menuntut dukungan pelanggan yang tinggi.

Untuk memanfaatkan teknologi FPGA terbaru dan berperforma terbaik, yang memenuhi permintaan pasar ini, dan menghadirkan solusi kami ke pasar dengan lebih cepat, Hitek Systems menemukan kebutuhan untuk mengadopsi pendekatan yang terstandarisasi dan terpadu untuk portofolio board mereka.

Solusi

Untuk membantu board FPGA dan vendor beban kerja menskalakan dan membawa solusi mereka ke pasar dengan lebih cepat, Intel telah mengembangkan dan menggunakan sumber terbuka infrastruktur OFS, alat dasar penting untuk pengembangan berbasis Intel Agilex FPGA. OFS menghadirkan semua perangkat keras dan kode sumber perangkat lunak, dokumentasi, contoh referensi, dan alat yang diperlukan untuk memulai pengembangan berbasis FPGA dalam repositori GitHub sumber terbuka. Infrastruktur referensi ini menggabungkan semua komponen yang diperlukan yang dapat dimodifikasi atau dimanfaatkan oleh developer board.

Infrastruktur OFS memberikan pendekatan terpadu untuk membangun dan memelihara BSP di seluruh rangkaian board HiPrAcc Hitek Systems. Infrastruktur ini terdiri dari FPGA Interface Manager (FIM), yang biasa disebut ‘shell’, dan wilayah Accelerator Functional Unit (AFU), yang merupakan wilayah yang ditunjuk untuk pengembangan beban kerja. Menggunakan OFS, board – atau developer FIM – dapat memanfaatkan infrastruktur sumber terbuka – atau base FIM – untuk dengan cepat mengembangkan FIM yang disesuaikan dan dikustomisasi untuk board mereka berdasarkan aplikasi atau industri target. Selain itu, OFS juga menyertakan kerangka kerja perangkat lunak sumber terbuka di mana developer dapat memanfaatkan driver kernel yang di-up-stream dan bersumber terbuka untuk mengakselerasi integrasi ke dalam kerangka kerja umum. OFS menawarkan kemampuan lain, yaitu rekonfigurasi parsial, alur pengembangan tingkat tinggi seperti oneAPI, dan antarmuka Arm AMBA* dan AXI standar. OFS memungkinkan developer board untuk meneruskan antarmuka AFU yang seragam, sehingga memungkinkan pelanggan mereka, yang merupakan developer AFU, untuk memanfaatkan investasi IP mereka di seluruh board FPGA yang berbeda.

Dengan mengadopsi alur infrastruktur dan pengembangan OFS serta memanfaatkan FIM dasar yang disediakan, Hitek Systems menemukan lebih banyak standardisasi dan portabilitas di seluruh rangkaian FPGA dan alur alat, yang memungkinkan kami untuk mengembangkan BSP kami secara cepat dengan lebih banyak menggunakan kembali di seluruh platform dan memberi pelanggan kami pengalaman desain AFU yang seragam dan dapat diprediksi.

Hasil

Hitek Systems mengirimkan dan mengembangkan rangkaian akselerator berperforma tinggi, HiPrAcc, berdasarkan Intel Agilex 7 FPGA, yang menargetkan aplikasi jaringan, komputasi, dan penyimpanan on-card. Kartu ini tersedia dalam berbagai form factor berbasis PCIe, termasuk profil rendah (HHHL-SS), tinggi penuh (FHHL-SS), dan profil GPU (FH¾L-DS). Kartu profil GPU dirancang untuk dimasukkan ke server apa pun yang mendukung GPU NVIDIA.

Hitek Systems juga mengembangkan dua kartu HiPrAcc PCIe lainnya menggunakan Intel Agilex 7 FPGA F-Series dan I-Series dengan R dan F tile. Board tambahan ini akan masuk produksi pada akhir tahun 2023.

Bagaimana Memulai dengan Akselerasi FPGA Menggunakan Open FPGA Stack

Developer FPGA dapat memilih board yang mendukung HiPrAcc NC100 atau HiPrAcc NCS200 OFS dari Hitek Systems dan menggunakan kode sumber dan dokumentasi sumber terbuka untuk mulai membangun beban kerja kustom mereka.
Tabel berikut menguraikan bagaimana developer dapat memulai dengan pengembangan beban kerja berbasis FPGA menggunakan papan akselerasi Hitek Systems.