Xilinx integriert gestapeltes HBM, um Bandbreite und Sicherheit zu verbessern

Xilinx hat sein Spiel bei der Behebung von Leistungsengpässen in Netzwerken und Rechenzentren mit einer neuen Serie in seinem Versal Adaptive Compute Acceleration Platform (ACAP)-Portfolio verbessert, die High-Bandbreite-Speicher (HBM) integriert, um eine schnelle Rechenbeschleunigung für massive, verbundene Datensätze mit weniger und kostengünstigere Server.

Die neue Versal HBM-Serie integriert fortschrittlichen HBM2e DRAM und bietet 820 GB/s Durchsatz und 32 GB Kapazität für 8x mehr Speicherbandbreite und 63 % weniger Energie als DDR5-Implementierungen (ein Vergleich basiert auf einer typischen Systemimplementierung von vier DDR5-6400-Komponenten). Xilinx sagte, dass die Versal HBM-Serie so konzipiert ist, dass sie mit den höheren Speicheranforderungen der rechenintensivsten, speichergebundenen Anwendungen für Rechenzentren, kabelgebundene Netzwerke, Tests und Messungen sowie Luft- und Raumfahrt und Verteidigung Schritt hält.

In einem Briefing mit embedded.com sagte Mike Thompson, Senior Product Line Manager für Xilinx Versal FPGAs:„Im Moment gibt es drei Haupttrends:exponentielles Wachstum des Netzwerkverkehrs und der zu verarbeitenden Daten; DDR-Bandbreitenverfügbarkeit, die zu Leistungsengpässen führt; und das dritte ist die Datensicherheit. Versal HBM erhöht die Kapazität jeder dieser drei Schichten, insbesondere da die Bandbreiten- und Sicherheitsanforderungen die aktuellen Verarbeitungs- und Speichertechnologien übertreffen.“

Die Versal HBM-Serie verwendet einen Speicher mit hoher Bandbreite, der mit Stacked Silicon Interconnect (SSI) auf der Grundlage der CoWoS (Chip on Wafer on Substrat) 3D-Stacking-Technologie von TSMC integriert ist. Thompson sagte, diese heterogene Integration sei ein wichtiger Bestandteil, um das sogenannte Ende des Mooreschen Gesetzes anzugehen. Er sagte, dass traditionelle Architekturen beim Speicher- und Netzwerkzugriff für Echtzeitanwendungen einen Engpass aufweisen.

Die Versal HBM-Serie verwendet die von Xilinx Versal Premium bereitgestellte Grundlage, tauscht jedoch einen Super-Logic-Bereich (SLR) im Gerät aus, um den HBM2e-Stack einzuwechseln, und einen anderen SLR, um einen integrierten HBM-Controller hinzuzufügen. Dies ermöglicht eine Architektur für schnelle Datenbewegung und adaptive Verarbeitung durch die Integration eines vernetzten Intellectual Property (IP) und Speichersubsystems. Thompson gab an, dass das Versal HBM 14 gleichwertige FPGAs (im Vergleich zu Xilinx Virtex EltraScale+) integriert und 32 DDR5-Chips durch integriertes HBM ersetzt.

Die neue HBM-Plattform enthält leistungsoptimierte Netzwerkkerne für sichere Konnektivität mit hoher Bandbreite. Die Versal HBM-Serie bietet 5,6 Tb/s serielle Bandbreite mit 112 Gb/s PAM4-Transceivern, 2,4 Tb/s skalierbare Ethernet-Bandbreite, 1,2 Tb/s Leitungsraten-Verschlüsselungsdurchsatz, 600 Gb/s Interlaken-Konnektivität und 1,5 Tb/s von PCIe Gen5-Bandbreite mit integriertem DMA, das sowohl CCIX als auch CXL unterstützt. Diese breite Palette von gehärteten IPs bietet standardmäßige, vernetzte Multi-Terabit-Konnektivität für eine Vielzahl von Protokollen, Datenraten und optischen Standards und ermöglicht so optimale Leistung und Leistung sowie eine schnelle Markteinführung.

Als adaptive, heterogene Computing-Plattform wurde die Versal HBM-Serie entwickelt, um eine Vielzahl von Workloads mit großen Datensätzen zu beschleunigen, indem sie anpassbare Engines für Hardware-Parallelität mit geringer Latenz, DSP-Engines für KI-Inferenz und Signalverarbeitung sowie skalare Engines für eingebettete . integriert Computing, Plattformverwaltung und sicheres Booten und Konfigurieren. Im Gegensatz zu Beschleunigern mit fester Funktion kann die Versal HBM-Serie Hardware in Millisekunden dynamisch rekonfigurieren, um sie an sich entwickelnde Algorithmen und neue Protokolle anzupassen, wodurch Hardware-Neudesign und Neubereitstellung überflüssig werden. Thompson sagte uns:„Dies mit anpassungsfähigem Computing ist wichtig für agiles Design.“

Diese Konvergenz von anpassungsfähigem Computing mit Speicher mit hoher Bandbreite und Multi-Terabit-Konnektivität ermöglicht Cloud-Beschleunigung der nächsten Generation und sichere Netzwerke. Versal HBM ACAPs bieten eine gute Leistung und Energieeffizienz für Big-Data-Workloads, einschließlich Betrugserkennung, Empfehlungs-Engines, Datenbankbeschleunigung, Datenanalyse, Finanzmodellierung und Deep-Learning-Inferenz für die Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP). Indem die Laufzeiten gegenüber modernen CPUs der Serverklasse um Größenordnungen verbessert werden und gleichzeitig viermal größere Datensätze unterstützt werden, können Benutzer Anwendungen mit massiven, verbundenen Datensätzen mit weit weniger und kostengünstigeren Servern bereitstellen.

Ebenso bieten Versal HBM ACAPs Netzwerk-Skalierbarkeit und Leistung für 800G-Router, Switches und Sicherheits-Appliances. Eine herkömmliche Network Processing Unit (NPU)-Implementierung einer 800G-Firewall der nächsten Generation würde mehrere NPU-Geräte und DDR-Module erfordern, während ein einzelner Versal HBM ACAP externe Speicher eliminiert und Paketverarbeitung, Sicherheitsverarbeitung und anpassbare KI-infundierte Anomalieerkennung bei . durchführt drastisch niedrigere Leistung und zu einem Bruchteil des Formfaktors. Die Serie bietet Cloud- und Netzwerkanbietern erhebliche Einsparungen bei Investitions- und Betriebskosten, da Kunden weniger Geräte und Systeme für die Implementierung ihrer Anwendungen verwenden können.

Versal HBM ACAPs sind sowohl für Hardware- als auch für Softwareentwickler zugänglich und bieten einen Design-Einstiegspunkt für jeden Entwickler, einschließlich der Vivado Design Suite für Hardwareentwickler, der Vitis Unified Software Platform für Softwareentwickler und Vitis AI für Data Scientists mit domänenspezifischen Frameworks und Beschleunigungsbibliotheken.

Die Versal HBM-Serie basiert auf produktionserprobten 7-nm-Versal-Geräten. Entwickler können mit dem Prototyping auf Geräten und Evaluierungsboards der Versal Premium-Serie beginnen und problemlos auf die Versal HBM-Serie migrieren. Die Versal HBM-Serie wird in der ersten Hälfte des Jahres 2022 mit der Bemusterung beginnen. Die Dokumentation ist ab sofort verfügbar und die Tools werden in der zweiten Hälfte des Jahres 2021 über ein Early-Access-Programm verfügbar sein.