基于菲数科技FA728Q加速卡实现低时延LLT应用-电子发烧友网

菲数科技使用Stratix 10 FPGA和开源的开放式FPGA堆栈(OFS)基础设施开发高性能FPGA加速卡。

概述

基于FA728Q FPGA的加速卡现已出货，它是一种基于PCIe*、搭载Stratix10 FPGA的高性能加速卡

菲数科技使用OFS基础设施加速其自定义FPGA接口管理器 (FIM) 的开发，该管理器包括一个集成的TCP/IP卸载引擎

在运行LLT等时间关键型应用时，FA728Q加速卡的TCP传输时延不到100纳秒

要点综述

LLT和其他时间敏感型应用是FPGA加速的理想使用场景。为了满足这一市场需求，菲数科技开发了基于FA728Q FPGA的加速卡。FA728Q加速平台为最终用户提供了强大的FPGA资源、充足的存储容量和易于使用的界面。菲数科技使用OFS基础设施来加速、简化、标准化其加速主板的开发。OFS基础设施提供了一种强大的方法，支持以“量身定制”的方式加速FPGA解决方案的开发。借助OFS基础设施，菲数科技将其TCP/IP卸载引擎集成至开源的基础FIM中，它通常被称作FPGA“shell”。

背景信息和挑战

LLT以电子方式执行金融证券交易，尽可能地减少订单输入与订单之间的时延。如今，大型投资银行、对冲基金和其他金融机构普遍使用该方法。过去，交易是手动执行的，而不是以电子方式执行，交易的时间长则数分钟，短则数秒。然而，随着硬件和相应软件技术的进步，人们可以对系统进行编程，根据特定的市场信号和动态自动做出买入或卖出决策，从而将交易执行时间缩短到毫秒级。近年来，随着基于FPGA的加速产品的大规模出货，交易时间进一步缩短至数微秒，甚至不到1微秒。

同时，LLT系统越来越多地使用复杂的交易算法模型来进行订单薄交互。这些算法模型是根据每家交易公司的特定交易策略而专门定制的。解决方案需要借助通用处理器和专用协处理器的算力，以满足交易公司在异构计算等方面的功率和性能要求。FPGA非常适合实施定制的交易算法，但是这款硬件加速设备的编程非常耗时，并且随着FPGA家族的优化升级，也很难迁移。

菲数科技是一家总部位于中国的公司，致力于满足数据中心异构计算和高性能计算（包括LLT细分领域）领域的需求。他们向市场交付了基于FPGA的硬件加速器平台、FPGA加速知识产权(IP)功能和基于FPGA的平台设计服务。

解决方案

为满足LLT应用的低时延、标准化和可移植性要求，菲数科技开发了FA728Q加速卡，用于对集成式TCP/IP卸载引擎进行实例化。为此，菲数科技修改了开源版OFS中提供的基础FIM。得益于可组合的架构和“量身定制”的方法，该公司使用OFS，将其算法轻松地移植到FA728Q加速卡，同时，该公司利用OFS提供的其它基础设施，包括OFS软件驱动程序和库，从而尽可能地减少应用的修改。

运行在主机上的软件

PCIe* 加速卡

图 1. FA728Q上实施的采用TCP/IP卸载引擎 (TOE) 解决方案的OFS

OFS是一种开源硬件和软件基础设施，提供了所有必要的关键设计、软件和基础设施组件，支持快速开发基于FPGA的自定义主板或工作负载。OFS基础设施由 FIM（通常被称作“shell”）和加速器功能单元 (AFU) 区域（一种用于工作负载开发的指定区域）组成。借助OFS、FPGA主板或FIM，开发者可以利用开源基础设施或基础FIM，根据目标应用或行业，快速开发量身定制的主板FIM。OFS还附带了oneAPI加速器支持包 (ASP)，开发者可以利用它对FPGA硬件和设计流程进行抽象化。OFS节省了开发者的时间，提高了不同FPGA代际间的可移植性，其采用行业标准接口，并且使用oneAPI提供可选的高层次设计流程。

FA728Q加速卡现已出货，它是一款基于PCIe的高端FPGA加速主板，可提供 32GB板载DDR4内存和3个QSFP28插槽，每个接口支持高达100GbE。FA728Q加速卡还可以通过OFS基础设施启用oneAPI，以支持客户在RTL中实施内核，或者将算法从CPU/GPU迁移到C/C++等高级设计语言。oneAPI基础工具套件也可以助力客户在内核中采用FPGA资源，从而进一步缩短上市时间。