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刷新FPGA性能的秘密

2015-06-18 08:42:52 来源:eettaiwan
专注于资料中心(Data Center)、通讯、网路或物联网(IoT)基础设施…等系统设计人员,在设计时都相当重视三个关键要素--系统性能与效率、系统整合度与安全性,因此设计工程师需要选用高阶的现场可编程闸阵列(FPGA),确保产品能符合上述三项需求。然而现有的晶片产品已越来越难满足日新月异的网路基础建设要求,因此FPGA业者透过暂存器无所不在技术,将可全面提升FPGA与SoC的效能。

刚被英特尔(Intel)收购的Altera资深产品行销总监Patrick Dorsey表示,过去每两年才能将FPGA性能提升10%,因此一般人很难相信如何在间隔一个世代的产品间,一举将FPGA核心性能提升2倍、同时还能减少70%的功耗、提升电晶体密度,并还能拥有全面性的安全防护特性。祕诀就在于,利用暂存器无所不在技术,以及在晶片内部内建安全元件管理器(SDM)。

物联网的发展促使通讯后端骨干基础建设传输频宽与效率须不断提高,然而受限于晶片内部布线方式未创新,导致FPGA性能的提升速度过慢、总延迟时间高,因此先前FPGA业者包括Altera或赛灵思(Xilinx)多以增加更宽、更多的汇流排技术试图提升FPGA的效能。但结果则是增加了资料传输的壅塞、无法时间更精确的时脉(Clock),反而造成工程师在系统设计上遭遇更多难题。

物聯網萬物皆可聯網的宗旨導致通訊後端基礎建設的資料傳輸速率也需不斷地提升。

物联网万物皆可联网的宗旨导致通讯后端基础建设的资料传输速率也需不断地提升。
有鉴于此,Altera开发HyperFlex技术。Dorsey指出,事实上,HyperFlex是个非常简单的概念,就是把寄存器放在逻辑单元之中,与FPGA相互配合,亦即Altera在HyperFlex架构中,实现无所不在的寄存器的安放,也就是说在HyperFlex整个布线中会有上千万个寄存器存在,较过去多上10倍。

透過增加暫存器,可使晶片內部溝通更有效率,進而提升效能。

透过增加暂存器,可使晶片内部沟通更有效率,进而提升效能。
举例来说,系统中,当一个功能要和另一个功能进行沟通时,通常是在几个奈秒(ns)间,就这个通话沟通过程中会出现不同波形的转换。所谓系统的性能,实际上就是这个系统进行通话过程中,它出现最长的延时会是多少,而HyperFlex架构的优势就在于可进一步再降低延时时间,使系统间的沟通更为快速和顺畅。

因透过HyperFlex架构把整个系统性能中的时序进行分割,使系统所需的沟通管道变短、变宽,促使FPGA性能提高2倍,相较之下,功耗也可进一步降低、晶片面积也会随之减少一半。这对资料中心设计工程师来说,过去可能需要使用5颗FPGA,现在仅需一颗即可以让系统整体功率降低63%。

另一方面,在固网光交换系统中,采用HyperFlex架构的FPGA,除了效能提升2倍之外,功耗降低40%,且面积缩小30%。Dorsey强调,系统设计人员都希望能透可编程技术实现硬体系统的优化和定制化,然在此过程中,系统设计人员面临的挑战是得在提升效能的同时,还须降低功耗。HyperFlex架构可让设计人员在自己做设计的情况下,能实现硬体定制化。达到效能和功耗的良好匹配。

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