S7t-VG6 VectorPath加速卡的特性和功能

S7t-VG6 VectorPath加速卡是Achronix公司联合BittWare公司(Molex旗下的领先企业级FPGA加速器产品供应商)推出的一类全新的、面向高性能计算和数据加速应用的FPGA加速卡。该加速卡搭载了Achronix采用7纳米工艺打造的Speedster 7tAC7t1500独立FPGA芯片，在同类PCIe FPGA加速卡中，可提供目前业界最高性能的接口。这些高性能接口包括1个400G以太网接口和2个100G以太网接口，以及总带宽为3.5 Tbps的8组GDDR6板上存储器，从而使该加速卡成为人工智能/机器学习(AI / ML)、网络和高带宽数据加速应用的理想选择。 本文详细介绍了S7t-VG6 VectorPath加速卡的特性和功能，欢迎您阅读，以进一步了解该产品。您也可以在Achronix微信公众号的“产品介绍”栏目中随时阅读本文。

VectorPath加速卡——基于最新的7纳米FPGA技术构建您的应用

S7t-VG6 FPGA加速卡简介

提升FPGA的加速性能不仅仅在于增加门数，还需要更好的高速数据传输通道、更加精心定制的可编程单元、具有更高带宽的大容量存储以及新一代网络功能的支持。Achronix和BittWare联合打造的S7t VectorPath加速卡，可以为您的应用在计算和数据传输方面提供下一代加速功能。

S7t FPGA加速卡的核心是Achronix的7纳米Speedster7t FPGA。该 FPGA充分发挥了台积电(TSMC)7纳米FinFET工艺的潜力，专门针对人工智能/机器学习和高带宽数据加速应用进行了高度优化。

S7t FPGA加速卡为用户提供了一系列先进的输入输出(I/O)接口，包括400G以太网接口、多个PCIe接口和高带宽GDDR6存储器接口。

客户可以通过BittWare的BittWorks II工具包快速开启此加速卡的使用，该工具包包含示例工程，同时支持Linux和Windows操作系统。

(a)Achronix的7纳米Speedster7t FPGA

(b)S7t FPGA加速卡

Achronix的革命性芯片设计+BittWare的企业级设计

S7t-VG6 FPGA加速卡功能

★ 片上网络(NoC)——高速数据通道令FPGA内部畅通无阻

NoC是Speedster7t FPGA的高速数据通道，可以沿着行/列在FPGA结构中或向着边缘接口高速移动数据，从而释放更多的逻辑单元用于计算任务。

NoC的总带宽达 >27 Tbps。外围的NoC(外圈)可以将存储器和PCIe边缘接口连接至NoC的行/列。外围的NoC还可以在独立于FPGA结构之外的接口间移动数据——例如，主机可以在不使用任何FPGA内部资源的情况下通过PCIe将数据传输至GDDR6。

★ FPGA结构——运算能力高达86 TOPS，最高运行频率为750MHz

可重新配置的逻辑模块(RLB)

RLB是Speedster7t的一项特色功能：它是一种全新的可重新配置的逻辑架构，带有6输入查找表和8位算术逻辑单元，每个查找表有2个触发器，它还具有一种基于改进型Booth算法重新构造的乘法器查找表(MLUT)模式，该算法可使基于查找表的乘法运算性能提高一倍。

Speedster7t FPGA拥有692K的查找表。

机器学习处理器(MLP)

MLP模块是支持定点和浮点计算的大规模矩阵向量和矩阵乘法引擎。MLP提供的功能包括带有累加可选项的整数乘法(int4/int8/int16/int32)、bfloat16格式的浮点运算、16位浮点运算、块浮点运算和24位浮点运算。MLP完全可拆分的整数乘法器/累加器的结构，可有效支持机器学习推理和更传统的应用，例如复杂的自适应信号处理。

根据不同乘法器格式，每个MLP可以支持或是可等效成的乘法器数量也会有变化，例如每个MLP可以支持4个int16,或者16个int8,或者32个int4乘法器。Achronix的Speedster7t-1500器件支持有2560个MLP，因此支持Int8 MAC多达40，960个，运行在750MHz的时钟频率时，推算最大性能为每秒61.4万亿次操作。

MLP模块包括两个可以单独使用或与乘法器一起使用的存储器模块。总体的嵌入式存储器容量为189Mb。

★ 高带宽GDDR6存储器

速度快6倍的大容量存储器——目前板卡支持的GDDR6带宽为3.5Tbps,容量为16GB容量。而FPGA芯片支持的GDDR6带宽可到4Tbps,容量可支持到32GB。

通过使用高带宽GDDR6存储器，S7t加速卡可以为您的应用提供16GB的大容量存储器资源，但同时可提供高达6倍的带宽。

此外，借助NoC，可以在不使用FPGA资源的情况下，从主机通过PCIe对GDDR6进行读/写。

★ 高达400G的网络

S7t加速卡提供了一系列可连接至Speedster7t FPGA逻辑结构的网络接口。凭借由硬IP实现的MAC(Hard IP MAC)和前向纠错(FEC)技术的支持，该加速卡可支持56G PAM4。板载的抖动消除器可用于同步以太网(Synchronous Ethernet)。

QSFP 56G(PAM4)接口

第一个接口是一个带有4个SerDes通道的QSFP56接口，可支持的以太网接口:200/100/50/25/10 GbE。

第二个接口是一个带有8个SerDes通道的QSFP-DD接口，可支持的以太网接口:400/200/100/50/25/10 GbE。

如图所示的分支连接线提供了一系列其他选项。

★ PCIe、扩展和定制

PCIe Gen5 x16接口

S7t加速卡支持一个PCIe Gen5 x16接口，已经通过PCI-SIG认证。BittWorks II工具包提供的示例项目中包括了用于PCIe交互的示例。

MCIO接口

支持MCIO接口，通过4个高速收发器连接到FPGA，支持PCIe Gen5的数据速率。

支持PCIe5.0的NVMe存储应用

板对板互连

可以使用自定义选项连接至配件板

定制

得益于三十年来构建定制化解决方案的经验，BittWare作为您的合作伙伴可以在各方面提供支持，从简单的配件板到各种具有复杂机械要求的完全定制方案，一应俱全。我们的资源包括业务覆盖全球的莫仕(Molex)集团，因此可以处理任何规模的项目。

★ 加速卡的其他功能

用于同步以太网的抖动消除器

可从前面板接入1 pps(每秒1个脉冲)的外部参考时钟

具有健康监测功能的基板管理控制器(BMC)

用于Linux和Windows操作系统的驱动程序

应用领域

★ 计算

旨在满足要求最严苛的计算密集型应用

8组GDDR6存储器可提供3.5 Tbps左右的带宽

针对人工智能/机器学习(AI/ML)功能进行了优化的机器学习处理器(MLP)：

在Int8整数格式下，可提供多达41K的乘累加单元(MAC)

支持多种浮点格式和整数格式

★ 网络

QSFP-DD和QSFP56端口可满足多种高速网络应用的需求

硬化的多速率MAC适用于10G - 400G以太网

片上网络(NoC)的带宽超过27 Tbps，支持数据流输入器件、从器件输出以及跨越整个器件移动。

★ 存储

NVMe接入可支持数据记录器和数据处理应用

通过MICO扩展端口连接NVMe闪存

数据流直接从网络端口传输至闪存阵列

★ 传感器处理

使用GPIO和SerDes扩展端口针对您的特定应用需求进行优化

直接与自定义数据和控制信号连接

可直接互补性传感器和处理器技术

开发工具

★ ACE：FPGA开发软件

Achronix的ACE软件是Speedster7t的开发环境。ACE可以执行硬件设计流程，支持RTL输入(VHDL和Verilog语言皆可)和行业标准仿真。ACE还支持使用NoC等高级芯片功能。ACE包括了为Achronix优化的Synopsys的Synplify-Pro工具。

★ BittWare的BittWorks II工具包：强大的开发工具

BittWorks II工具包提供了驱动程序、库、实用程序和示例项目，可用于访问、整合和开发S7t加速卡的应用。

TeraBox服务器

★ 将您的S7t加速卡置入TeraBox服务器中!

让我们来完成服务器的集成并启动您的应用的概念验证，您无需再去准备额外的、宝贵的开发资源!

★ 通过TeraBox服务器延长您的保修期

对于大多数内置加速卡的TeraBox服务器，您在购买后可以将加速卡的保修期延长至3年。

S7t-VG6加速卡的规格

FPGA	Speedster AC7t1500 基于 TSMC 7nm FinFET 工艺 692K的6输入LUT（相当于1,522K的4输入LUT） 二维NOC达到 >27 Tbps的带宽 片上RAM的容量约为189Mb 高达86 TOPS 的 int8 性能 ResNet-50 基准测试：每秒 8,600 张图像 该芯片支持GDDR6的总带宽可到4Tbps，容量可到32GB 该芯片支持112Gbps SerDes
板载存储器	GDDR6 板载的8组GDDR6存储器，总带宽约为3.5Tbps，总存储容量为16GB DDR4 具有错误检查和纠正（ECC）功能的、运行频率为2666MHz的DDR4存储器，存储容量为4GB（72位位宽） Flash 用于启动FPGA的闪存
主机接口	可直接连接至FPGA的PCIe Gen5/4 x16接口
外部时钟	可从前面板输入1pps、10MHz的参考时钟
Micro USB接口	通过USB接口访问BMC，USB接口转JTAG接口，USB接口转UART接口
MCIO接口	MCIO接口位于加速卡正面，通过4个收发器连接至FPGA 由硬PCIe IP实现
GPIO接口	8个GPIO引脚，电压为3.3V，单端型，每个GPIO引脚的方向（发送或接收）可由FPGA分别设置，缓冲器的额定速率为200Mbps
QSFP接口	板上的QSFP-DD的接口: 56G PAM4收发器 支持：1x 400GbE，2x 200GbE，4x 100GbE或8x 10/25/40/50GbE 支持MAC硬核和前向纠错(FEC)功能 板上的QSFP56接口: 56G PAM4收发器 支持：1x 200GbE，2x 100GbE，或4x 10/25/40/50GbE 支持MAC硬核和前向纠错(FEC)功能
基板管理控制器	电压、电流、温度监测 上电顺序和复位 现场升级 FPGA配置和控制 时钟配置 I2C总线访问 USB 2.0接口 电压调节
冷却	标准：双倍宽度无源散热器 可选项：双倍宽度有源散热器 可选项：双倍宽度液体冷却
用电	板上供电来自于两个AUX连接器(8引脚) 功耗取决于应用 典型的最大功耗值有待确定
环境	工作温度为5°C-35°C
尺寸	标准高度、双倍宽度的PCIe板

关于Achronix半导体公司

Achronix半导体公司是一家私有的、采用无晶圆厂模式的半导体公司，总部位于美国加利福尼亚州圣克拉拉市，同时提供高性能FPGA和嵌入式FPGA（eFPGA）解决方案。Achronix历来都是高性能FPGA市场向前发展的推动者之一。Achronix提供的产品包括可编程的FPGA结构，具有硬连线系统级模块的高性能、高密度独立FPGA，数据中心和高性能计算（HPC）硬件加速器板，以及支持所有Achronix产品的一流EDA软件。公司在美国、欧洲和中国都设有销售办公室和代表处，在印度班加罗尔设有一间研发和设计办公室。