Hitek Systems répond à la demande du secteur en matière de cartes d'accélération basées sur des FPGA

Hitek Systems développe les nouveaux accélérateurs hautes performances basés sur PCIe (HiPrAcc™) en utilisant Open FPGA Stack (OFS) et les FPGA Intel Agilex® 7 pour les applications de réseau, de calcul et de stockage haute capacité.

En bref

  • Hitek Systems répond à la demande du secteur en matière de cartes d'accélération basées sur des FPGA qui utilisent la série de FPGA Intel Agilex 7, réputée pour offrir des vitesses de fabric et d'E/S inégalées dans le secteur.

  • Open FPGA Stack (OFS) est une infrastructure matérielle et logicielle open-source sur laquelle Hitek Systems s'appuie pour mettre à l'échelle et standardiser sa gamme d'accélérateurs hautes performances (HiPrAcc™).

  • Hitek Systems propose aujourd'hui deux cartes HiPrAcc™ compatibles OFS.

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Synthèse

À la suite du lancement de la famille de FPGA Intel® Agilex en 2019, désormais largement reconnue comme étant la famille de FPGA 7 nm la plus performante du secteur1, Hitek Systems a travaillé à l'intégration des FPGA Intel Agilex dans sa propre gamme d'accélérateurs hautes performances (HiPrAcc™). Après avoir évalué ses flux actuels de conception et de développement de cartes, Hitek Systems a conclu que la normalisation de ses flux de développement en vue d'optimiser la réutilisation et d'accélérer la mise sur le marché permettrait de mieux répondre à la demande croissante d'accélérateurs basés sur des FPGA.

Pour ce faire, Hitek Systems a intégré l'infrastructure matérielle et logicielle Open FPGA Stack (OFS) open-source. L'utilisation de composants matériels et logiciels OFS de base, ainsi qu'une documentation technique open-source, ont permis de faciliter le développement et d'accroître la réutilisation et la portabilité au sein de sa famille d'accélérateurs PCIe.

L'infrastructure OFS permet à Hitek Systems de proposer deux plateformes d'accélérateurs basées sur des FPGA Intel Agilex 7, auxquelles viendront s'ajouter d'autres plateformes en 2023 et 2024.

Contexte et défis

Hitek Systems est une entreprise basée à Germantown, dans le Maryland, spécialisée dans les cartes et les plateformes de développement haut de gamme alimentées par des FPGA, les cœurs réseau et de propriété intellectuelle (IP) à correction d'erreur directe (FEC), les microprogrammes FPGA, les services de conception de FPGA, les pilotes d'appareils et les interfaces de programmation d'applications (API). Hitek Systems assure le développement de tous ses produits en interne, ce qui lui permet de disposer d'un modèle commercial flexible qui peut être exploité pour accélérer la mise sur le marché de cartes personnalisées.

Intel a lancé la famille de FPGA Intel Agilex en 2019. Depuis lors, cette famille s'est agrandie pour inclure plusieurs FPGA de faible à haute puissance et des densités logiques pour diverses applications. Elle comprend les FPGA les plus performants de l'industrie, la série Intel Agilex 7, qui offrent des performances par watt environ 2 fois supérieures1 à celles des FPGA 7 nm concurrents1. Les FPGA et les FPGA SoC Intel Agilex 7 se déclinent actuellement en séries F, I et M, destinées respectivement à une large gamme d'applications à forte consommation de bande passante, à forte intensité de calcul et à forte intensité de mémoire.

En 2023, les familles de FPGA Intel Agilex offrent toujours les performances les plus élevées du secteur et sont devenues un élément essentiel du secteur des FPGA en raison de leurs performances de pointe et de leur efficacité énergétique. De ce fait, on a récemment assisté à une augmentation de la demande des utilisateurs finaux en matière de cartes d'accélération Intel Agilex basées sur des FPGA, notamment celles qui permettent des flux de développement de haut niveau avec oneAPI.

Cependant, le développement de cartes FPGA personnalisées s'avère complexe et prend beaucoup de temps, d'autant plus avec les FPGA hautes performances qui repoussent les limites de performances des cartes PCIe. En outre, le portage des conceptions FPGA existantes vers des FPGA provenant de différents fournisseurs ou de différents modèles représente également une tâche particulièrement difficile, en raison des différences de composants selon les fabricants et les familles de FPGA : IP, outils, bibliothèques, matériel intégré comme le double débit de données (DDR), le traitement numérique du signal (DSP) et les E/S.

En l'absence d'une infrastructure réutilisable et normalisée, la présence de plusieurs cartes personnalisées nécessite la construction, le développement et la maintenance séparés de plusieurs BSP (Board Support Packages). Des API et des outils logiciels personnalisés sont également nécessaires pour chaque carte FPGA, ce qui complique la gestion et la maintenance à travers les familles de FPGA et les versions d'outils. Toutes ces cartes, qui utilisent des API, des outils et des versions différents, requièrent également un niveau élevé d'assistance à la clientèle.

Hitek Systems a jugé nécessaire d'adopter une approche standardisée et unifiée pour son portefeuille de cartes afin de tirer parti de la technologie FPGA la plus récente et la plus performante, de répondre à la demande de ce marché et de commercialiser ses solutions plus rapidement.

Solution

Intel a développé et mis en libre accès l'infrastructure OFS, un outil essentiel pour le développement basé sur les FPGA Intel Agilex, afin de permettre aux fournisseurs de cartes FPGA et de charges de travail de se mettre à l'échelle et de lancer plus rapidement leurs solutions sur le marché. OFS fournit tout le code source matériel et logiciel, la documentation, les exemples de référence et les outils nécessaires afin de permettre un démarrage rapide du développement basé sur des FPGA dans un référentiel GitHub open-source. Cette infrastructure de référence intègre tous les composants nécessaires que les développeurs de cartes peuvent modifier ou exploiter.

L'infrastructure OFS offre une approche unifiée pour créer et gérer des BSP au sein de la famille de cartes HiPrAcc proposée par Hitek Systems. Cette infrastructure se compose d'un gestionnaire d'interface FPGA (FIM), communément appelé « shell », et d'une région AFU (Accelerator Functional Unit) conçue pour le développement des charges de travail. Grâce à OFS, les développeurs de cartes ou de FIM peuvent tirer parti de l'infrastructure open source (ou du FIM de base) pour développer rapidement un FIM personnalisé et adapté à leur carte en fonction de l'application ou des secteurs ciblés. De même, OFS comprend un framework logiciel open source dans lequel les développeurs peuvent exploiter des pilotes de noyau upstream et open source pour accélérer l'intégration dans des frameworks communs. OFS offre d'autres possibilités, notamment la reconfiguration partielle, des flux de développement de haut niveau tels que oneAPI, et des interfaces standard Arm AMBA* et AXI. OFS permet aux développeurs de cartes de proposer une interface AFU uniforme, ce qui permet à leurs clients, eux-mêmes développeurs d'AFU, de tirer parti de leur investissement en matière d'IP sur différentes cartes FPGA.

En adoptant l'infrastructure et le flux de développement OFS et en utilisant les FIM de base fournis, Hitek Systems a gagné en standardisation et en portabilité entre les familles de FPGA et les flux d'outils, ce qui nous permet de développer nos BSP rapidement avec une plus grande réutilisation entre les plateformes et de fournir à nos clients une expérience de conception d'AFU uniforme et prévisible.

Résultat

Hitek Systems expédie et développe, HiPrAcc, une famille d'accélérateurs hautes performances basés sur les FPGA Intel Agilex 7, qui sont destinés aux applications de réseau, de calcul et de stockage sur carte. Ces cartes sont disponibles dans une variété de formats PCIe, y compris bas profil (HHHL-SS), pleine hauteur (FHHL-SS), et GPU (FH¾L-DS). Les cartes GPU sont conçues pour être intégrées dans n'importe quel serveur prenant en charge les GPU NVIDIA.

Carte HiPrAcc NC100 Carte HiPrAcc NCS200
  • FPGA : FPGA Intel Agilex 7 série F P-Tile et E-Tile
  • Applications : réseau et calcul
  • Technologie réseau : 200 Gbit/s
  • Mémoire : 3 modules DDR4 (jusqu'à 24 Go)
  • Format : HHHL, slot unique
  • PCIe : 4.0 x16
  • oneAPI activé : oui
  • Première carte à prendre en charge les kits d'outils OFS et oneAPI entièrement portés et vérifiés sur le plan matériel
  • FPGA : FPGA Intel Agilex 7 série F, deux P-Tiles et E-Tiles
  • Applications : réseau, calcul et stockage
  • Technologie réseau : 2 modules QSFP-DD, jusqu'à 4 x 100G
  • b Prend en charge jusqu'à 4 unités de stockage SSD NVMe Gen4 M.2 (jusqu'à 32 To de stockage)
  • Format : FH¾L, double slot
  • PCIe : 4.0 x16
  • oneAPI activé : oui
  • Prise en charge de la synchronisation réseau 1588 et du protocole PTP (Precision Time Protocol)

Hitek Systems développe également deux autres cartes PCIe HiPrAcc utilisant les FPGA Intel Agilex 7 série F et série I avec R et F tiles. La production de ces cartes commencera d'ici à la fin de l'année 2023.

Grâce à notre partenariat avec Intel et à l'utilisation de l'OFS récemment mis à disposition en open source, nous avons simplifié le processus de développement du package de support FPGA, en particulier pour nos cartes d'accélération HiPrAcc basées sur la technologie PCIe. En associant OFS à nos cartes PCIe FPGA Intel Agilex, nos clients ont pu s'affranchir des complexités chronophages de bas niveau du développement d'applications FPGA.

Tariq Muhammad, président, Hitek Systems

Comment se lancer dans l'accélération FPGA à l’aide d’Open FPGA Stack

Les développeurs FPGA peuvent choisir parmi les cartes IA-420f ou IA-840f compatibles OFS de Hitek Systems et utiliser la documentation ainsi que le code source open source pour commencer à construire leur charge de travail personnalisée.
Le tableau suivant indique comment un développeur peut commencer à développer une charge de travail basée sur des FPGA à l’aide d’une carte d'accélération de Hitek Systems.

Exploitez l'accélération FPGA pour votre charge de travail

Étape 1 : choisir une carte

Cartes OFS de Hitek Systems, HiPrAcc NC100 ou HiPrAcc NCS200.

Étape 2 : évaluer les ressources open source de l'OFS

Hitek Systems fournira la version correspondante de la documentation technique OFS.

Étape 3 : accéder au matériel et au code logiciel open source

Hitek Systems fournira le code du logiciel et du matériel OFS correspondant. Hitek Systems distribue spécifiquement le code de base OFS (fourni par Intel).

Étape 4 : développer une charge de travail à l'aide de RTL ou C/C++ (en utilisant oneAPI)

Suivez le flux RTL OFS

OU

OFS permet la compilation de noyaux oneAPI. Utilisez le flux de développement oneAPI et créez des charges de travail FPGA en C/C++.