FPGA巨頭自適應(yīng)SoC加速水平再創(chuàng)新高，三大創(chuàng)新突破

AI的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用下，使得數(shù)據(jù)量激增、帶寬擴大、效率提升以及與日俱增的安全威脅等現(xiàn)象，變得愈發(fā)關(guān)鍵。對于下一代存儲器和主機連接方面， DDR5預(yù)計在未來幾年內(nèi)將主導(dǎo)市場DRAM類型。同時，CXL內(nèi)存連接技術(shù)預(yù)計在2024至2029年間將實現(xiàn)212%的年復(fù)合增長。目前，已有半數(shù)的服務(wù)器支持CXL，預(yù)計未來將有更多服務(wù)器加入這一行列。應(yīng)對AI時代挑戰(zhàn)，更快速的主機連接、更豐富的內(nèi)存資源以及更高效的接口技術(shù)，推動了PCIe Gen 6、LPDDR5X和CXL 3.1等技術(shù)的加速演講，用于滿足行業(yè)需求。

日前，AMD推出第二代Versal Premium系列自適應(yīng)SoC，旨在面向各種工作負載提供最高水平系統(tǒng)加速。這是FPGA行業(yè)首款在硬IP中采用CXL 3.1、PCIe Gen6并支持LPDDR5存儲器的器件。該系列產(chǎn)品通過采用先進的接口和存儲技術(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)加速，能夠滿足了數(shù)據(jù)密集型工作負載的需求。全新技術(shù)使得處理器和加速器之間的數(shù)據(jù)訪問和遷移更加快速高效，特別適合數(shù)據(jù)中心、通信和測試測量市場的需求。AMD的這一創(chuàng)新有助于提升系統(tǒng)吞吐量和存儲器資源利用率，從而提高整體性能，并支持從云端到邊緣計算的嚴(yán)苛應(yīng)用。

面向數(shù)據(jù)密集型高帶寬應(yīng)用

基于第一代產(chǎn)品，第二代Versal Premium系列主要在I/O、收發(fā)器和存儲/內(nèi)存控制器等方面進行了創(chuàng)新，這種設(shè)計復(fù)用模式有助于產(chǎn)品的快速推廣和部署。此外，第二代產(chǎn)品還新增了LDPC解碼器模塊，適用于高通量的解碼需求。

AMD自適應(yīng)與嵌入式計算事業(yè)部( AECG ) Versal產(chǎn)品營銷總監(jiān)Manuel Uhm表示，相比第一代產(chǎn)品，第二代AMD Versal Premium系列的核心優(yōu)勢在于它通過更高效地管理系統(tǒng)內(nèi)存來助力計算，而這正是AI模型和數(shù)據(jù)集成當(dāng)前最迫切的需求。他強調(diào)，第二代AMD Versal Premium系列是對現(xiàn)有產(chǎn)品線的補充，而非替代，400G、800G網(wǎng)絡(luò)加速等應(yīng)用仍然是目標(biāo)應(yīng)用，也是Versal Premium系列所適配的。

據(jù)AMD自適應(yīng)和嵌入式計算事業(yè)部( AECG ) 高級產(chǎn)品線經(jīng)理Mike Rather介紹，為滿足大數(shù)據(jù)和高計算密度的需求，AMD第二代Versal Premium系列主要實現(xiàn)了三大創(chuàng)新突破：第一，符合PCIe Gen 6和CXL3.1規(guī)范加速主機連接，實現(xiàn)了高達64Gb/s的連接速度；采用LPDDR5X和DDR5分別提供了8533Mb/s和6400Mb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸，同時通過采用CXL存儲器擴展模塊，進一步增強了存儲器接口的能力；在數(shù)據(jù)安全方面，通過數(shù)據(jù)加密IDE、DDR加密和400G高速加密引擎確保數(shù)據(jù)安全性。

加速主機連接

CXL是處理器與器件（例如，基于 FPGA 的加速器）之間的開放式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互連技術(shù)，AMD通過支持CXL 來倡導(dǎo)開放式創(chuàng)新。

據(jù)介紹，第二代 Versal Premium 器件支持業(yè)界當(dāng)前最快的主機接口CXL 3.1和PCIe Gen6，可實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的高帶寬主機CPU到加速器連接。與支持PCIe Gen4或Gen5的FPGA相比，PCIe Gen6能提供2至4倍的線速率，而運行PCIe Gen6的CXL 3.1在類似時延下則能提供使用CXL 2.1器件的雙倍帶寬，以及增強的架構(gòu)和一致性功能。

此外，通過將第二代 Versal Premium 系列搭配 AMD EPYC CPU，系統(tǒng)架構(gòu)師能夠利用經(jīng) CXL或PCIe連接到高性能CPU的最新AMD FPGA器件，以加速數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用并滿足快速的數(shù)據(jù)增長需求。CXL 還能提供內(nèi)存一致性的額外益處，有助于實現(xiàn)真正的異構(gòu)加速計算。

提高存儲器帶寬及利用率

第二代AMD Versal Premium系列自適應(yīng)SoC能以最高8533Mb/s的快速LPDDR5存儲器連接加速存儲器帶寬，帶來更快速的數(shù)據(jù)傳輸和實時響應(yīng)。與采用LPDDR4/5存儲器的同類器件相比，這種超快的增強型DDR存儲器可將主機連接速度提升至高2.7倍。

與CXL存儲器擴展模塊進行連接，較單獨使用LPDDR5X存儲器，可使總帶寬高出最多2.7倍。因此，第二代 Versal Premium 系列允許為多個加速器實現(xiàn)可擴展的內(nèi)存池和擴展，進而優(yōu)化存儲器利用率并增加帶寬和容量。

通過為多個器件動態(tài)分配內(nèi)存池，第二代 Versal Premium系列自適應(yīng)SoC旨在提高多頭單邏輯器件（MH-SLD）的存儲器利用率，使其無需架構(gòu)或交換機即可運行，同時支持至多兩個CXL主機。

加強數(shù)據(jù)安全

增強的安全功能有助于第二代Versal Premium系列在傳輸和靜態(tài)狀態(tài)下均可快速、安全地傳輸數(shù)據(jù)。

值得注意的是，第二代Versal Premium是業(yè)界首款在硬IP中提供集成PCIe完整性和數(shù)據(jù)加密（IDE）支持的FPGA器件。硬核DDR內(nèi)存控制器內(nèi)置的內(nèi)聯(lián)加密可助力保護靜態(tài)數(shù)據(jù)，而400G高速加密引擎則能幫助器件以最高2倍的線速率保護用戶數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更快速的安全數(shù)據(jù)事務(wù)。

據(jù)介紹，第二代AMD Versal Premium 系列開發(fā)工具預(yù)計將于2025年第二季度提供，隨后于2026年初提供芯片樣片。預(yù)計將于2026年下半年開始量產(chǎn)出貨。

適用應(yīng)用和用例

第二代AMD Versal Premium系列上述特性，使其非常適用于一些專屬應(yīng)用和用例：

擴大數(shù)據(jù)中心的CXL范圍

由于采用了CXL 3.1和PCIe Gen 6，與CXL 2.0相比可實現(xiàn)帶寬翻倍，并且可與現(xiàn)有軟件集成，支持NUMA。在操作模式方面，支持CXL.io、CXL.mem和CXL.cache，既可以作為內(nèi)存控制器，也可以使用主機模式連接CXL擴展模塊。在用例方面，第二代AMD Versal Premium系列還支持多主機單邏輯設(shè)備（MH-SLD）架構(gòu)和系統(tǒng)可組合性。

用于GPU集群和橫向擴展

對于部署GPU集群的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心來說，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口可能無法滿足這些場景下GPU的性能和靈活性需求。而第二代AMD Versal Premium可提供高帶寬和靈活性，能夠滿足這些應(yīng)用需求。

Mike強調(diào)，采用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的好處在于，Versal Premium系列包含非?？焖俚木W(wǎng)絡(luò)接口，包括400G以太網(wǎng)接口。此外能夠?qū)嵤┓浅ｌ`活的內(nèi)存搬運，包括支持RDMA。

測試與測量領(lǐng)域，推進下一代協(xié)議

在測試與測量領(lǐng)域，行業(yè)對開發(fā)PCIe Gen 7器件、下一代MIPI攝像機等測試儀非常關(guān)注，而這些應(yīng)用需要128 Gb/s的收發(fā)器。

Mike指出，這些應(yīng)用非常依賴芯片上的DSP引擎、內(nèi)存帶寬和其他接口能力。同時，開發(fā)測試設(shè)備的企業(yè)，所支持的協(xié)議可能包括C-PHY和D-PHY，這也是第二代AMD Versal Premium系列所支持的。

與第一代Versal Premium采用7nm制程相比，第二代Versal Premium采用6nm制程。Manuel指出，隨著摩爾定律放緩，制程的重要性相對在減弱，更重要的是架構(gòu)設(shè)計。并且，關(guān)鍵問題在于要選擇合適的計算引擎來針對具體的用例。Versal系列產(chǎn)品能夠非常精準(zhǔn)地針對一些關(guān)鍵應(yīng)用，確保通過最合適的算力、I/O以及內(nèi)存組合，來實現(xiàn)最高的性價比。