Перепрограммировать процессор. Как работают встраиваемые FPGA и где они пригодятся

Содержание статьи

• Встраиваемые FPGA
• Обратный подход
• Где могут применяться встраиваемые FPGA
• Выводы

В мае 2018 года, после четырех лет работы, первые клиенты Intel получили серверные процессоры Xeon со встроенными FPGA — Intel Xeon SP-6138P. Это первая ласточка нового класса продуктов, о котором в Intel говорили с тех самых пор, как корпорация поглотила одного из двух ведущих производителей FPGA — фирму Altera.

Главное преимущество FPGA над программной реализацией решения той же задачи — существенно большая скорость. Хардверная реализация в виде специализированного чипа уступает FPGA: последние можно настраивать под нужды конкретного пользователя, даже если ему нужен всего один чип и даже если задача может изменяться в процессе работы микросхемы.

INFO

Подробнее о том, как работают FPGA, читай в статье «Разбираемся, как устроены программируемые логические схемы и чем они хороши», а о том, как разработать свою схему для FPGA, — в статье «Создаем хардверный счетчик в Xilinx Vivado, чтобы освоить инструменты разработки ПЛИС».

Второе особенно важно, ведь стандарты передачи и обработки информации регулярно обновляются, а покупать новое железо каждый раз крайне накладно. Разумеется, за эти преимущества FPGA расплачиваются высокой стоимостью и некоторыми другими недостатками, но свое место под солнцем они уже завоевали очень давно: самые первые продукты Xilinx и Altera стали хитами в середине восьмидесятых, и рынок программируемой логики, оценивавшийся в 100 миллионов долларов в 1985 году, сейчас составляет семь миллиардов и продолжает расти.

Идея встроенных FPGA достаточно нова, и SP-6138P — первый важный продукт такого рода.

Целевая задача, для которой Intel ставят в серверный процессор FPGA, — аппаратная реализация Open Virtual Switch, одного из ключевых инструментов виртуализации в дата-центрах. По данным Intel, применение FPGA должно вдвое уменьшить задержку, утроить пропускную способность и освободить часть процессорных ядер от программной реализации Open Virtual Switch, таким образом увеличив доступную вычислительную мощность на том же процессоре.

Соединение двух чипов на печатной плате (пусть даже маленькой и находящейся внутри корпуса) требует организации канала передачи данных, который включает в себя схемы ввода-вывода двух кристаллов и соединения между кристаллами и корпусом или платой. Все это — задержки и увеличение потребляемой мощности. В случае встроенной FPGA достаточно напрямую соединить два массива маленьких транзисторов, не теряя время и мощность на преобразование сигнала в удобоваримый для стандартов DDR4/PCIe вид. Внутрикристальная шина может быть любой ширины и конфигурации, что существенно удешевляет систему и позволяет организовать удобный обмен данными между FPGA и процессором и даже, например, обеспечить когерентность кеш-памяти без снижения частоты работы системы.

Именно возможность максимально быстрого и удобного обмена данными с другими частями системы — главный драйвер развития встраиваемых FPGA.

Разумеется, продукт Intel — не первый на рынке. С несколько меньшим шумом встраиваемые FPGA уже давно завоевывают сердца производителей самых разных систем на кристаллах. Однако, когда такой шаг совершает один из крупнейших игроков, это может стать началом интересного тренда.

Продолжение доступно только подписчикам

Материалы из последних выпусков можно покупать отдельно только через два месяца после публикации. Чтобы продолжить чтение, необходимо купить подписку.

Подпишись на «Хакер» по выгодной цене!

Подписка позволит тебе в течение указанного срока читать ВСЕ платные материалы сайта. Мы принимаем оплату банковскими картами, электронными деньгами и переводами со счетов мобильных операторов. Подробнее о подписке

Уже подписан?

Источник