本文概要

　　在眾多的行業(yè)中，數(shù)據(jù)加速是構(gòu)建高效、智能系統(tǒng)的關(guān)鍵之處。傳統(tǒng)的通用處理器在支持用戶(hù)去突破性能和延遲限制方面性能不足。而已經(jīng)出現(xiàn)的許多加速器技術(shù)填補(bǔ)了基于定制芯片、圖形處理器或動(dòng)態(tài)可重構(gòu)硬件的空白，但其成功的關(guān)鍵在于它們能夠集成到一個(gè)以高吞吐量、低延遲和易于開(kāi)發(fā)為首要條件的環(huán)境之中。由Achronix和BittWare聯(lián)合開(kāi)發(fā)的板級(jí)平臺(tái)已針對(duì)這些應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，從而為開(kāi)發(fā)人員提供了一條可部署高吞吐量數(shù)據(jù)加速的快捷途徑。

日益增長(zhǎng)的分布式加速需求

　　在云計(jì)算和邊緣計(jì)算中，業(yè)界渴求能夠支持各種應(yīng)用的高性能。為了滿(mǎn)足這一需求，數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)集群和邊緣計(jì)算站點(diǎn)的運(yùn)營(yíng)商正在轉(zhuǎn)向定制化的加速器技術(shù)。

　　對(duì)于需要高性能計(jì)算平臺(tái)的用戶(hù)，專(zhuān)用加速器在實(shí)踐中被常用來(lái)應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)；這些用戶(hù)不再依靠諸如Intel Xeon系列CPU這樣的傳統(tǒng)通用CPU來(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)吞吐量不斷增長(zhǎng)這一需求。通用CPU的核心問(wèn)題在于，盡管摩爾定律一直在以大約每?jī)赡昃蜁?huì)使每平方毫米硅片中集成的晶體管數(shù)量增加一倍的速度演進(jìn)，但它不再支持時(shí)鐘速率的增長(zhǎng)。此外，CPU內(nèi)的并行性很快達(dá)到了天花板。因此，其他技術(shù)更適合支持新型工作負(fù)載，包括如機(jī)器學(xué)習(xí)、基因組研究、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)分析、語(yǔ)音和圖像識(shí)別以及數(shù)據(jù)挖掘和搜索。

　　與傳統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用相比，這些新的工作負(fù)載通常無(wú)法很好地映射到傳統(tǒng)CPU流水線上；例如一些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練已被驗(yàn)證可以在GPU上運(yùn)行良好，這些算法可以利用數(shù)百個(gè)并行浮點(diǎn)著色器內(nèi)核通過(guò)所需的數(shù)萬(wàn)億個(gè)步驟來(lái)迭代更新一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)。另一方面，基因組研究和數(shù)據(jù)搜索需要利用大量的對(duì)比步驟，并需處理低分辨率的整數(shù)數(shù)據(jù)。盡管這些工作負(fù)載可以利用CPU或GPU來(lái)完成處理，但是在這些平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)，這些任務(wù)的計(jì)算效率和能效相對(duì)較低。自定義的基于ASIC或FPGA的加速器能夠以更低的功耗提供更大的吞吐量，這是因?yàn)樗鼈冎С衷O(shè)計(jì)人員去構(gòu)建針對(duì)這些操作和數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行優(yōu)化的專(zhuān)用電路。

　　互聯(lián)網(wǎng)搜索和社交媒體等領(lǐng)域內(nèi)的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商已采用加速器概念來(lái)保障其服務(wù)器載荷的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。語(yǔ)音響應(yīng)系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)被用于日常生活中，并得到了運(yùn)行在傳統(tǒng)刀片服務(wù)器與自定義加速器組合上的人工智能算法的支持。隨著對(duì)這些基于機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的應(yīng)用的需求不斷增長(zhǎng)，大量的企業(yè)用戶(hù)正在轉(zhuǎn)向基于加速器的方案，以使他們自己能跟上需求的步伐。據(jù)研究機(jī)構(gòu)Research and Markets的分析預(yù)測(cè)，僅數(shù)據(jù)中心加速器這一市場(chǎng)的規(guī)模，就將從2018年的28億美元增長(zhǎng)到2023年的212億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率接近50％。

　　在這種增長(zhǎng)之外，加速器的應(yīng)用還注定將擴(kuò)展到數(shù)據(jù)中心之外。諸如虛擬現(xiàn)實(shí)、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)4.0等領(lǐng)域無(wú)法忍受信息在經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心中繼后帶來(lái)的電信延遲。越來(lái)越多的計(jì)算能力將需要被部署在邊緣計(jì)算機(jī)架中，而被安裝于路邊機(jī)柜中、移動(dòng)基站旁或校園柜子內(nèi)。

　　在各種數(shù)據(jù)中心和邊緣計(jì)算用例中，有諸多常見(jiàn)的需求驅(qū)動(dòng)因素，比如能效，快速轉(zhuǎn)型，以及可擴(kuò)展性。能效是降低冷卻成本和復(fù)雜性以及將電費(fèi)花銷(xiāo)降到最低的核心要求。低功耗操作在邊緣計(jì)算裝置中至關(guān)重要，因?yàn)槠渲械沫h(huán)境溫度的控制功能較弱，并且還需將維護(hù)的需求保持在最低限度。

　　在許多領(lǐng)域中，快速轉(zhuǎn)型是不可避免的，并會(huì)創(chuàng)造新的需求，以便在變化出現(xiàn)時(shí)能夠根據(jù)要求對(duì)應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整和再加工。它不僅僅是對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用的更新；通常，新的用例在出現(xiàn)時(shí)，都會(huì)挑戰(zhàn)用戶(hù)及時(shí)做出反應(yīng)的能力。而這些用例可能需要開(kāi)發(fā)將不同的技術(shù)和概念結(jié)合在一起的應(yīng)用，例如將人工智能（AI）功能添加到數(shù)學(xué)建模和數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)中。為了應(yīng)對(duì)這些轉(zhuǎn)型，用戶(hù)需要調(diào)用可以很好地進(jìn)行協(xié)同工作的加速器技術(shù)，并且各個(gè)組件可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)進(jìn)行高速通信。

　　可擴(kuò)展性同樣重要。隨著面向特定服務(wù)的客戶(hù)群不斷增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商需要知道他們能夠輕松地增加容量。同樣至關(guān)重要的是，具有高效通信能力的高度可編程解決方案通過(guò)增加并行性來(lái)支持其擴(kuò)展能力。對(duì)諸如100 Gbps以太網(wǎng)和更快的鏈路等協(xié)議的支持，可確保能夠使用分布式處理去適應(yīng)增長(zhǎng)。例如，邊緣應(yīng)用可能會(huì)調(diào)用云支持，直到本地機(jī)柜升級(jí)到具有額外的處理能力。

用于加速的硬件平臺(tái)

　　加速器的硬件可以有多種形式。理想的配置是提供PCI Express（PCIe）和高速以太網(wǎng)連接的組合，并可以選擇添加自定義連接以支持諸如環(huán)形、網(wǎng)狀和菊花鏈結(jié)構(gòu)等各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足應(yīng)用的各種數(shù)據(jù)吞吐量需求。對(duì)PCIe的支持通過(guò)內(nèi)存映射接口將加速引擎與主處理器和其他加速器緊密集成。能夠在諸如PCIe之類(lèi)的接口上存儲(chǔ)共享結(jié)構(gòu)來(lái)交換數(shù)據(jù)，就可以極大地簡(jiǎn)化分布式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

　　以100 Gbps或更高速率運(yùn)行的以太網(wǎng)連接進(jìn)一步提供了擴(kuò)展范圍。通過(guò)使用它們自有的以太網(wǎng)端口，而不是通過(guò)主機(jī)的主網(wǎng)絡(luò)接口來(lái)路由數(shù)據(jù)包，加速器可以彼此間高效地相互協(xié)調(diào)。例如，在一個(gè)分布式存儲(chǔ)配置中，加速卡可以被直接連接到嵌入式非易失性存儲(chǔ)器（NVMe）模塊上，每個(gè)模塊中的獨(dú)立搜索引擎使用通過(guò)其以太網(wǎng)連接發(fā)送的消息，來(lái)識(shí)別分散在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，從而可以很容易地進(jìn)行協(xié)調(diào)。

　　無(wú)論是作為主要的加速技術(shù)還是與GPU和其他技術(shù)配合使用，F(xiàn)PGA都非常適合數(shù)據(jù)中心和邊緣計(jì)算應(yīng)用的需求。FPGA的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是可以在系統(tǒng)中來(lái)對(duì)其進(jìn)行編程，以創(chuàng)建各種各樣的數(shù)字電路。軟件可以為目標(biāo)應(yīng)用選擇配置比特流，并將其發(fā)送以配置FPGA。通過(guò)將新模式加載到器件上的邏輯陣列中，F(xiàn)PGA可以根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新以承擔(dān)新的任務(wù)?？删幊绦詣?chuàng)建了由軟件定義的硬件，從而完全支持用戶(hù)不僅能夠動(dòng)態(tài)更改應(yīng)用，還可以動(dòng)態(tài)更改支持它們運(yùn)行的硬件。將硬件可編程性與連接多個(gè)加速器的能力相結(jié)合，為用戶(hù)提供了極大的靈活性。

　　許多計(jì)算類(lèi)用戶(hù)已經(jīng)意識(shí)到FPGA在加速應(yīng)用中的強(qiáng)大功能。例如，微軟的Catapult項(xiàng)目使用FPGA為其搜索服務(wù)構(gòu)建加速器，并且在其BrainWave項(xiàng)目中使用FPGA進(jìn)行高速人工智能推理。亞馬遜通過(guò)其F1服務(wù)提供了可在云端使用的FPGA，這使得到遠(yuǎn)程用戶(hù)可以容易地部署這項(xiàng)技術(shù)。

　　在其他領(lǐng)域選擇使用FPGA加速也已有一些時(shí)間。例如， FPGA邏輯陣列多年來(lái)一直被用于軍事和航空航天領(lǐng)域的雷達(dá)處理，以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)成像。隨著工業(yè)領(lǐng)域接受了實(shí)時(shí)機(jī)器設(shè)備健康監(jiān)測(cè)等概念，以作為邁向工業(yè)4.0的一部分，用戶(hù)可以轉(zhuǎn)向使用FPGA來(lái)提高其算法的質(zhì)量和響應(yīng)能力。

　　相對(duì)于使用GPU來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)加速，采用FPGA的實(shí)現(xiàn)方式通常受益于較低的延遲和更高的能效。GPU的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：它們的計(jì)算效率通常只是其理論吞吐量的一小部分。因?yàn)镚PU針對(duì)3D圖形渲染流水線進(jìn)行了優(yōu)化，基于數(shù)據(jù)高度重用的執(zhí)行流水線設(shè)計(jì)，導(dǎo)致著色器內(nèi)核往往會(huì)在相對(duì)較小的本地存儲(chǔ)以外運(yùn)行。數(shù)據(jù)流式工作負(fù)載提供的數(shù)據(jù)重用機(jī)會(huì)更少，這就意味著需要更頻繁地用新數(shù)據(jù)來(lái)填充存儲(chǔ)器，而這會(huì)影響處理時(shí)間。CPU中面向緩存的子系統(tǒng)也同樣受制于類(lèi)似的問(wèn)題。FPGA可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自由流動(dòng)的完整流水線，因此可以提供了遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GPU或者CPU的計(jì)算效率。例如，基因組研究應(yīng)用的基準(zhǔn)測(cè)試表明，與基于CPU的實(shí)現(xiàn)方式相比，基于FPGA的硬件可將速度提高80倍。

　　在高性能計(jì)算和云計(jì)算環(huán)境中，架構(gòu)師正在轉(zhuǎn)向FPGA加速以避開(kāi)系統(tǒng)中其他部分出現(xiàn)的瓶頸。通過(guò)將更多工作移交給存儲(chǔ)子系統(tǒng)本身，數(shù)據(jù)中心用戶(hù)可以在效率上得到大幅提升。數(shù)據(jù)庫(kù)加速、數(shù)據(jù)分析和其他適用于計(jì)算型存儲(chǔ)的處理形式可以與加密、去重復(fù)數(shù)據(jù)和安全擦除編碼等低層級(jí)服務(wù)功能一起被部署在加速器上。

　　隨著諸如軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）等概念的流行，刀片服務(wù)器在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間的通信管理任務(wù)中正發(fā)揮著更為重要的作用。但是，隨著線速增加到100 Gbps甚至更高，Xeon級(jí)服務(wù)器處理器的處理負(fù)擔(dān)是非常巨大的，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商熱衷于將許多SDN功能的處理工作卸載到附近的加速卡上。在新興的架構(gòu)中，通用服務(wù)器CPU被用于處理異常事件，而同時(shí)加速器則負(fù)責(zé)處理大量的網(wǎng)絡(luò)流量。當(dāng)新的需求、應(yīng)用和安全威脅出現(xiàn)時(shí)，F(xiàn)PGA能夠更新算法和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理，從而使它們成為網(wǎng)絡(luò)加速的理想基礎(chǔ)平臺(tái)。

實(shí)施有效加速

　　被亞馬遜（Amazon）、Facebook和微軟（Microsoft）等超大規(guī)模用戶(hù)采用的第一批加速器都是大幅度定制的設(shè)計(jì)。這些公司能夠在打造自己的板卡設(shè)計(jì)中確保所需的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，無(wú)論是基于自己設(shè)計(jì)的專(zhuān)用集成電路（ASIC），還是采用現(xiàn)成的FPGA和GPU。從成本和時(shí)間的角度來(lái)看，對(duì)于企業(yè)數(shù)據(jù)中心和邊緣計(jì)算用戶(hù)來(lái)說(shuō)，他們難以在這種定制芯片級(jí)設(shè)計(jì)中找到合理的規(guī)模。然而，設(shè)計(jì)定制的ASIC和板卡并不是必需的。對(duì)諸如以太網(wǎng)和PCIe等標(biāo)準(zhǔn)接口的需求，不僅使使用標(biāo)準(zhǔn)板卡級(jí)產(chǎn)品成為可能，而且也是可取的。

　　作為一家長(zhǎng)期提供硬件加速產(chǎn)品的供應(yīng)商，BittWare一直在為從高性能計(jì)算到云加速到儀器儀表等眾多領(lǐng)域內(nèi)的客戶(hù)設(shè)計(jì)采用PCIe尺寸的、基于FPGA的板卡，并在這方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，作為Molex集團(tuán)的子公司，BittWare能夠充分借助其全球供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)以及與戴爾（Dell）和惠普企業(yè)（HP Enterprise）等服務(wù)器供應(yīng)商的深厚關(guān)系。BittWare是唯一一家可與多家主流FPGA供應(yīng)商合作的重要批量化供應(yīng)商，能夠滿(mǎn)足企業(yè)客戶(hù)的質(zhì)量認(rèn)證、驗(yàn)證、產(chǎn)品生命周期管理和支持需求，這些客戶(hù)希望為關(guān)鍵任務(wù)型應(yīng)用去大規(guī)模部署FPGA加速器。

　　在這些應(yīng)用中，BittWare實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要差異化在于該公司為其基于FPGA的加速器提供了廣泛的軟件支持。每個(gè)加速卡均配有適用于Linux和Windows系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軟件，可通過(guò)PCIe和以太網(wǎng)連接將其快速集成到各種系統(tǒng)中。除了支持主CPU和加速卡之間的通信外，該驅(qū)動(dòng)還支持接入加速卡上的嵌入式固件。這個(gè)固件可以處理眾多管理和自檢功能。

　　它們使FPGA電路能夠根據(jù)需要的新功能重新進(jìn)行配置，此外還提供了一些對(duì)功耗、電壓和溫度的監(jiān)測(cè)程序。如果主機(jī)系統(tǒng)中的冷卻功能失效，那么擔(dān)任管理者的固件可以關(guān)閉加速卡，以避免熱過(guò)載。此外，軟件組合包還包括各種參考設(shè)計(jì)，以便開(kāi)發(fā)人員能夠快速構(gòu)建配置，使他們可以測(cè)試加速卡的功能并開(kāi)始在其自己的應(yīng)用上工作。

　　對(duì)于最新一代的加速卡，BittWare與Achronix緊密合作。Achronix是唯一一家能夠同時(shí)提供獨(dú)立FPGA芯片和嵌入式FPGA（eFPGA）半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）的FPGA供應(yīng)商。VectorPath?S7t-VG6加速卡使用了Achronix采用7nm 工藝打造的、結(jié)合了很多功能的Speedster?7t FPGA芯片，不僅可以在內(nèi)部提供高吞吐量數(shù)據(jù)加速，而且還支持現(xiàn)今從機(jī)器學(xué)習(xí)到先進(jìn)儀器等系統(tǒng)所需的高度分布式、網(wǎng)絡(luò)化的架構(gòu)。

　　圖1：VectorPath S7t-VG6加速卡

軟件友好型的硬件提供了最大的靈活性

　　通過(guò)對(duì)分布式架構(gòu)提供直接支持，VectorPath S7t-VG6加速卡中使用的Speedster7t FPGA芯片標(biāo)志著與傳統(tǒng)FPGA架構(gòu)不同的重大轉(zhuǎn)變，它使面向軟件的開(kāi)發(fā)人員更容易地構(gòu)建定制化的處理單元。這種創(chuàng)新的全新架構(gòu)與諸如英特爾（Intel）和賽靈思（Xilinx）等供應(yīng)商生產(chǎn)的傳統(tǒng)FPGA完全不同，傳統(tǒng)FPGA的設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)并不在數(shù)據(jù)加速。

　　在設(shè)計(jì)Speedster7t的架構(gòu)時(shí)，Achronix創(chuàng)建了一種可最大限度地提高系統(tǒng)吞吐量的FPGA芯片，同時(shí)還為計(jì)算機(jī)架構(gòu)師和開(kāi)發(fā)人員提高了易用性。與傳統(tǒng)的FPGA架構(gòu)相比，Speedster7t FPGA芯片的一個(gè)關(guān)鍵差異化點(diǎn)在于它包括一個(gè)創(chuàng)新的二維片上網(wǎng)絡(luò)（2D NoC），可以在邏輯陣列內(nèi)的處理單元與各種片上高速接口和存儲(chǔ)器端口之間流傳數(shù)據(jù)。

　　傳統(tǒng)的FPGA要求用戶(hù)去設(shè)計(jì)電路來(lái)將其加速器連接到高速以太網(wǎng)或PCIe數(shù)據(jù)端口和/或存儲(chǔ)器端口。通常，一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)是由連接到多個(gè)高速端口的多個(gè)加速器組成。例如，下圖就說(shuō)明了一種場(chǎng)景，其中有兩個(gè)加速器連接到兩個(gè)存儲(chǔ)端口上，以共享一個(gè)存儲(chǔ)空間。這種場(chǎng)景使用了FIFO來(lái)管理存儲(chǔ)器和FPGA時(shí)鐘之間的時(shí)鐘域交叉（CDC）。此外，F(xiàn)PGA邏輯架構(gòu)中還需要一個(gè)交換功能來(lái)管理尋址、仲裁和反壓。在傳統(tǒng)的FPGA中，這項(xiàng)功能會(huì)消耗大量的FPGA資源，并且其復(fù)雜程度足以降低系統(tǒng)性能并使時(shí)序收斂變得復(fù)雜。

　　Achronix采用了由軟件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件的方法，而這種硬件中的以太網(wǎng)和其他高速I(mǎi) / O端口可用二維片上網(wǎng)絡(luò)（2D NoC）輕松地連接到定制的加速器功能上。Speedster7t NoC不再需要設(shè)計(jì)CDC和交換功能來(lái)將加速器連接到高速數(shù)據(jù)或內(nèi)存端口。通過(guò)簡(jiǎn)單地將這些功能連接到NoC，就消除了連接方面的難題，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，減少了FPGA資源的消耗，提高了性能并簡(jiǎn)化了時(shí)序收斂。

　　圖2：傳統(tǒng)FPGA設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

　　圖3：Speedster7t二維片上網(wǎng)絡(luò)支持軟件友好型硬件

　　為了實(shí)現(xiàn)高性能的算術(shù)運(yùn)算，每個(gè)Speedster7t器件都具有一個(gè)大型可編程計(jì)算單元陣列，它們被有序地放置在機(jī)器學(xué)習(xí)處理器（MLP）單元模塊中。MLP是一個(gè)高度可配置的計(jì)算密集型單元模塊，在每個(gè)周期內(nèi)可支持多達(dá)32個(gè)乘法/累加（MAC）運(yùn)算。在以加速器為中心的設(shè)計(jì)中，MLP的存在使得在完全可編程邏輯和硬連線算術(shù)單元之間能夠有效地共享資源。

　　盡管有些FPGA傾向于使用HBM2存儲(chǔ)器，其中FPGA和存儲(chǔ)器被組裝成一個(gè)昂貴的2.5D封裝，而Speedster7t系列卻采用GDDR6內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)接口。這種接口提供了當(dāng)今片外存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)的最高性能，并且成本顯著降低，從而使團(tuán)隊(duì)更容易去實(shí)現(xiàn)帶有高帶寬存儲(chǔ)陣列的加速器。一個(gè)GDDR6存儲(chǔ)控制器可以支持512 Gbps的帶寬。VectorPath S7t-VG6加速卡可提供八組存儲(chǔ)器，總存儲(chǔ)帶寬可以達(dá)到4 Tbps。此外，板上還有一個(gè)DDR4接口，可用于訪問(wèn)頻率較低或不需要GDDR6吞吐量的數(shù)據(jù)。

　　VectorPath S7t-VG6加速卡提供了許多高性能接口，用來(lái)支持分布式架構(gòu)和高速主機(jī)通信?，F(xiàn)在，該加速卡提供了PCIe Gen 3.0的16通道合規(guī)性和認(rèn)證，并提供獲取Gen 4和Gen 5資質(zhì)認(rèn)證的途徑。在以太網(wǎng)連接方面，該加速卡采用已獲得廣泛支持的光學(xué)接口模塊，依據(jù)QSFP-DD和QSFP56標(biāo)準(zhǔn)，能夠處理高達(dá)400 Gbps的超高線速。

　　在加速卡的另一端還有一個(gè)OCuLink擴(kuò)展端口，以支持很多其他的低延遲應(yīng)用場(chǎng)景。例如，OCuLink端口可用于將加速卡連接到各種外圍設(shè)備上，比如用于計(jì)算存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)庫(kù)加速應(yīng)用的NVMe存儲(chǔ)陣列。與采用連接到主處理器的PCIe接口相比，OCuLink連接能夠成為一個(gè)更好的選擇，因?yàn)樗峁┝艘环N消除了系統(tǒng)級(jí)延遲和抖動(dòng)的高確定性的連接。OCuLink端口還可以引入其他網(wǎng)絡(luò)連接，從而可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)QSPF-DD或QSFP56之外的各種端口規(guī)格。

　　圖4：VectorPath的網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)接口

　　在VectorPath S7t-VG6加速卡的前面板上還包括多個(gè)時(shí)鐘輸入，它們是在將多個(gè)加速卡同步到一起時(shí)通常需要的。兩個(gè)SMB時(shí)鐘輸入連接器支持從1PPS和10 MHz的時(shí)鐘輸入，它們?cè)谶M(jìn)入FPGA之前，就已被連接到抖動(dòng)清除器。一旦進(jìn)入FPGA，這些時(shí)鐘就可以被倍頻或分頻成為特定應(yīng)用所需的頻率。

　　還可以通過(guò)通用數(shù)字I / O端頭進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)展。該I / O端口支持單端3.3V連接和低電壓差分（LVDS）信號(hào)，支持外部時(shí)鐘、觸發(fā)器和專(zhuān)用I / O等自定義信號(hào)直接連接到Speedster7t FPGA。該擴(kuò)展端口還可用于將VectorPath加速卡改造為傳統(tǒng)硬件。

　　圖5：VectorPath時(shí)鐘輸入和GPIO

適用于小批量和大批量需求

　　VectorPath S7t-VG6加速卡已考慮到了每個(gè)細(xì)節(jié)，例如可支持被動(dòng)和主動(dòng)空氣散熱和液體散熱。此外，BittWare和Achronix還為醫(yī)療等需要更長(zhǎng)產(chǎn)品生命周期的領(lǐng)域確保提供長(zhǎng)期的供應(yīng)與支持。在這些市場(chǎng)中，基于GPU的PCIe加速卡較短的產(chǎn)品生命周期與超過(guò)10年的系統(tǒng)服務(wù)支持需求是不符的。

　　對(duì)于更大批量需求，特別是在邊緣計(jì)算等場(chǎng)景中，客戶(hù)可以使用BittWare的成本降低計(jì)劃來(lái)簡(jiǎn)化硬件，其設(shè)計(jì)僅僅支持客戶(hù)所需的I / O選項(xiàng)。此外，BittWare也可提供電路板設(shè)計(jì)文件以及VectorPath S7t-VG6加速卡隨附的軟件和驅(qū)動(dòng)器的使用。利用Achronix的Speedcore eFPGA IP，也可以走向定制系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）器件?？蛻?hù)可以構(gòu)建自己其中包括Speedster7t可編程性的SoC，但又具有ASIC的成本結(jié)構(gòu)。

　　為了實(shí)現(xiàn)更好的開(kāi)發(fā)和更便捷的部署，VectorPath S7t-VG6加速卡可以由BittWare以其TeraBox平臺(tái)的形式來(lái)提供預(yù)先集成的多核服務(wù)器。外形從2U到5U，TeraBox的機(jī)架式機(jī)箱最多可容納16個(gè)BittWare PCIe加速卡，并由雙路英特爾（Intel） Xeon處理器管理。作為一個(gè)完整的解決方案，TeraBox為客戶(hù)提供了啟動(dòng)和運(yùn)行FPGA開(kāi)發(fā)的最快機(jī)制。在Bittworks II和FPGA Devkit軟件的支持下，用戶(hù)可以直接使用TeraBox并立即開(kāi)始開(kāi)發(fā)工作?；蛘撸蛻?hù)也可以從Dell和HP Enterprise購(gòu)買(mǎi)包含BittWare加速卡的預(yù)配置服務(wù)器。

圖6：TeraBox平臺(tái)的部署

結(jié)論

　　考慮到用戶(hù)需要在多種多樣的應(yīng)用中尋求數(shù)據(jù)加速功能，BittWare和Achronix已經(jīng)創(chuàng)建了一種高度靈活的引擎，無(wú)論它們是被單獨(dú)使用，還是作為大型異構(gòu)處理陣列中的一部分，都可以被輕松部署。作為該加速卡的核心芯片，Speedster7t FPGA為開(kāi)發(fā)人員提供了構(gòu)建高吞吐量應(yīng)用的能力，這些應(yīng)用可以充分利用可編程邏輯、PCIe以及高達(dá)400 Gbps的以太網(wǎng)連接。BittWare的軟件和支持保證了這些開(kāi)發(fā)人員在插入卡后就可以立即開(kāi)始工作。FPGA和Speedster7t NoC的靈活特性意味著：隨著應(yīng)用的變化和發(fā)展，這些加速卡可以最大限度地延長(zhǎng)其使用壽命。