Intel发布FPGA

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FPGA概述

FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL （可编程阵列逻辑）、GAL（通用阵列逻辑）等可编程器件的基础上进一步发展的产物。作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA设计不是简单的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产品的设计。与 ASIC 不同，FPGA在通信行业的应用比较广泛。

与传统模式的芯片设计进行对比，FPGA 芯片并非单纯局限于研究以及设计芯片，而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。从芯片器件的角度讲，FPGA 本身构成了半定制电路中的典型集成电路，含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上，关于FPGA芯片有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计，通过改进当前的芯片设计来增设全新的芯片功能，据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。

优点

FPGA的优点如下： 

(1) FPGA由逻辑单元、RAM、乘法器等硬件资源组成，通过将这些硬件资源合理组织，可实现乘法器、寄存器、地址发生器等硬件电路。 

(2) FPGA可通过使用框图或者Verilog HDL来设计，从简单的门电路到FIR或者FFT电路。 

(3) FPGA可无限地重新编程，加载一个新的设计方案只需几百毫秒，利用重配置可以减少硬件的开销。 

(4) FPGA的工作频率由FPGA芯片以及设计决定，可以通过修改设计或者更换更快的芯片来达到某些苛刻的要求（工作频率不是无限制的可以提高，受当前的IC工艺等因素制约）。 

缺点

FPGA的缺点如下：

 (1) FPGA的所有功能均依靠硬件实现，无法实现分支条件跳转等操作。 

(2) FPGA只能实现定点运算。 

总结：FPGA依靠硬件来实现所有的功能，速度上可以和专用芯片相比，但设计的灵活度与通用处理器相比有很大的差距。

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英特尔发布了全新的FPGA ——AgilexM 系列。据介绍，该系列FPGA 提供业界最高的内存带宽，预计能从加密货币挖掘到网络虚拟化的广泛应用中受益。

Agilex M 系列依靠两个封装内 HBM2e DRAM 堆栈形式的高带宽 RAM 提供高达 820GBps 的内存带宽，比上一代 Stratix 10 MX FPGA 高出 60%。借助这两个堆栈，新的 FPGA 产品阵容可以达到高达 32GB 的高带宽内存容量。

 

 根据英特尔产品营销人员 Sabrina Gomez 的说法，当将 Agilex M 系列的 HBM2e 内存与八个附加的 DDR5 SDRAM DIMM 结合使用时，系统理论上可以提供近 1.1TBps 的速度。

 

 这家芯片制造商声称，Agilex M 系列创下了多个记录：第一款使用Intel 7 节点的 FPGA，这就是以前的 10nm SuperFin 工艺；首款使用 Compute Express Link 互连标准支持与英特尔至强 CPU 的高速缓存和内存一致性的 FPGA；唯一支持 DDR5、HBM 和英特尔傲腾内存的FPGA。除了 CXL，Agilex M 系列还支持 PCI Express Gen 5 和 400Gb 以太网。

英特尔表示，Agilex M 系列还在支持 HBM的 FPGA 中具有最高的数字信号处理计算密度，与竞争对手AMD （现在拥有的赛灵思 Versal FPGA ）相比，每瓦结构性能提高了两倍以上。

 更重要的是，Agilex M 系列配备了一种称为片上内存网络的新型组件，在 FPGA 的 HBM2e DRAM 和外部 DDR5 SDRAM 间“充当高速公路”。

双内存 NoC 的总峰值带宽为 7.52 [TBps]——真正大量的片上带宽，不会消耗 FPGA 的片上可编程逻辑资源——这大大降低了内存瓶颈的可能性，”。

Agilex Series-M 是英特尔在一个月内宣传的第二款用于加密货币挖掘的产品，该产品因高能耗而受到部分批评。不到一个月前，英特尔发布了一种用于加密货币挖掘的节能 ASIC，名为 Bonanza Mine，该公司首席执行官 Pat Gelsinger 表示，这个 ASIC 将“显着”减少能源使用。

除了加密货币挖掘和网络虚拟化之外，英特尔还着眼于不同市场的其他几个应用，包括用于数据中心的高性能计算和云计算、用于航空航天和国防的雷达和电子战，以及用于 5G 蜂窝网络测试和任意波形发生器测试和测量行业。

“新的英特尔 Agilex M 系列 FPGA 的能力为行业提供了满足网络、云和嵌入式边缘应用程序更加雄心勃勃的性能和能力目标所需的高速网络、计算和存储加速，”Gomez 写道.

英特尔的 FPGA 产品代表了这家芯片制造商最小的业务，不包括该公司计划在今年晚些时候上市的 Mobileye。2021 年，可编程解决方案集团带来了 19 亿美元的收入，这仅是2020年 747 亿美元收入的一小部分。

英特尔 Agilex M 系列 FPGA介绍

 随着当今世界数据的指数级增长，再加上从集中式计算和数据存储集群向更加分布式的架构转变，该架构可以在任何地方处理数据——在云中、边缘以及两者之间的所有点——现场可编程门阵列 (FPGA) 在从数据中心到网络再到边缘的现代应用中发挥着越来越重要的作用。

FPGA 的灵活性、功率效率、大规模并行架构和巨大的输入/输出 (I/O) 带宽使 FPGA 在加速从高性能计算 (HPC) 到存储和网络的各种任务方面具有吸引力。许多应用对内存提出了巨大的要求，包括容量、带宽、延迟和功率效率。

为了处理这些高需求的应用，英特尔® Agilex™ M 系列 FPGA 的产品震撼亮相，该产品基于Intel 7 工艺技术，业界最高内存带宽的 FPGA，采用封装 HBM DRAM。英特尔 Agilex M 系列整合了多项新的功能创新和特性，为行业提供了满足网络、云和嵌入式边缘应用程序的更雄心勃勃的性能和能力目标所需的高速网络、计算和内存加速。 

新功能包括：

• 业界最高的 FPGA 内存带宽。
• 在支持 HBM 的 FPGA 中实现业界最高的 DSP 计算密度。
• 与具有竞争力的 7nmFPGA 相比，每瓦结构性能提高 2 倍以上。

英特尔 Agilex M 系列 FPGA 是英特尔 Agilex 器件系列中首批提供封装 HBM2e 内存的成员，包括适用于 DDR4、DDR5 和 LPDDR5 等其他最先进内存技术的硬化控制器。两个硬化内存片上网络 (NoC) 功能为 FPGA 架构提供了对封装内 HBM2e 和板载内存资源的高带宽、资源高效访问。

英特尔 Agilex M 系列 FPGA 提供一流的收发器数据速率，对于系统处理当今巨大的数据负载至关重要。凭借对PCI Express (PCIe) Gen5、Compute Express Link、400G 以太网和高达 116 Gbps 的串行收发器的支持，英特尔 Agilex M 系列设备支持从数据中心到边缘的最苛刻应用的吞吐量要求。

受益于 Intel Agilex M 系列 FPGA 的市场包括但不限于测试和测量（任意波形发生器、5G/6G 蜂窝网络测试、GHz 射频测试）；数据中心（HPC、云计算、加密货币挖掘）；无线和有线（高数据速率 (800G+) 传输、光传输网络 (OTN)、网络功能虚拟化 (NFV)、5G 基带）以及航空航天和国防（雷达、电子战）。

使用 Agilex M 系列 FPGA 应对最大的内存和计算挑战

M系列中的“M”表示“内存”。更多更快的内存无疑是英特尔Agilex M 系列 FPGA 的一项显着且重要的优势。高级应用程序需要从快速到更快再到最快的内存层次结构，同时允许设计团队在内存带宽和延迟与内存容量之间进行权衡。英特尔 Agilex M 系列 FPGA 具有广泛灵活的内存层次结构，包括超低延迟、超高带宽、片上 SRAM；HBM2e（高带宽内存）DRAM堆栈形式的更高容量、高带宽、封装内存；支持快速、大容量的外部同步 DRAM (SDRAM)，包括 DDR4、DDR5 和 LPDDR5；和超大容量、非易失性英特尔® 傲腾™ 持久内存。

所有英特尔 Agilex FPGA，包括 M 系列的成员，都包括 MLAB 和M20K 块形式的快速片上 SRAM。这些 SRAM 集成到 FPGA 的可编程逻辑结构中，紧邻与这些存储器交换数据的逻辑。一些英特尔 AgilexM 系列 FPGA 还包含 HBM2e 内存堆栈形式的封装 HBM，由硬化内存控制器管理。

英特尔 Agilex M 系列 FPGA 通过合并两个 HBM2e DRAM 堆栈进一步推动了 HBM 封装。英特尔 Agilex M 系列 FPGA 中的两个封装内 HBM2e DRAM 堆栈提供最大 32 GB 和每个 HBM2e 堆栈高达 410 GB/秒的内存带宽，总封装内 HBM2e 内存带宽高达 820 GB /第二。与上一代英特尔 Stratix 10 MX FPGA 相比，带宽增加了 60%，这使设计人员能够在更具挑战性的系统设计中使用英特尔 Agilex M 系列 FPGA。

对于需要额外高速 DRAM 容量的应用，英特尔 Agilex M 系列 FPGA 通过集成、硬化、高效的内存控制器支持外部 DDR5 和 LPDDR5 SDRAM。英特尔 Agilex M 系列 FPGA 与英特尔傲腾 持久内存为系统设计人员在构建系统特定的内存层次结构时提供了额外的灵活性和更大的内存容量。

DDR5 和 LPDDR5 SDRAM 是目前最快的主流SDRAM DIMM。英特尔 Agilex M 系列 FPGA中的每个独立内存控制器都可以以 5600 MTransfers/秒的速度运行 DDR5 SDRAM，数据宽度高达每通道 40 位（加上 ECC 位）。当 HBM2e 和DDR5 内存带宽相结合时，带有 8 个连接的 DDR5SDRAM DIMM 的 Intel Agilex M 系列FPGA 可提供 1.099 TBytes/秒的理论最大内存带宽。

在 FPGA 的可编程逻辑结构与 HBM2e 和 DDR5 存储器之间传输 1TB/秒的数据可能具有挑战性。这一潜在瓶颈推动了英特尔 Agilex M 系列 FPGA 的另一项创新的开发：双核硬化片上内存网络 (NoC)。该内存 NoC 充当将封装内 HBM2e DRAM、外部 DDR5 SDRAM 和 FPGA 的高速外部 I/O 连接到 FPGA 架构的高速公路。双内存 NoC 的总峰值带宽为 7.52 TBytes/秒——这是一个真正巨大的片上带宽，不会消耗 FPGA 的片上可编程逻辑资源——这大大降低了内存瓶颈的可能性。

众所周知，将数据平稳地移入和移出该存储器层次结构以及整个 FPGA 对于满足激进的系统级性能目标至关重要，但设计人员能够访问其他可以在外部系统和外部系统间移动数据的高带宽资源同样很重要。英特尔 Agilex M 系列 FPGA 包含多达 72 个高速 SERDES 收发器，其中包括多达 8 个收发器，每个收发器都可以使用 PAM4 调制以 116 Gbps 的速度在 FPGA 和系统的其余部分之间以非常高的速度交换数据数据速率。Intel Agilex M 系列 SERDES 收发器支持当今各种新兴的行业标准高速串行协议，包括 400G 以太网，并且可以直接连接到高级 CPU，包括使用 PCIe Gen 5 和 CXL 的最新 Intel® Xeon CPU接口协议。

 最后，一旦数据进入 FPGA，通常必须通过各种计算算法对其进行处理。英特尔 Agilex M 系列 FPGA 中的可编程逻辑架构速度极快，可以以高数据速率实现各种计算算法。这种可编程逻辑结构包含多达 12,300 个精度可调的浮点 DSP 模块，能够提供 18.5 单精度 TFLOPS 或88.6 INT8 TOPS，以处理更重的计算负载。

 

 

参考链接

https://mp.weixin.qq.com/s/8OwXQd12x91-rt_cCgPWCA

https://baike.baidu.com/item/FPGA/935826?fr=aladdin