Achronix推出Speedster7t系列产品 打造全新“FPGA +”技术

Achronix半导体公司近日推出突破性的Speedster7tFPGA系列产品，专为人工智能/机器学习市场和高带宽网络应用而进行了优化。Speedster7t器件采用台积电（TSMC）的7nm FinFET工艺制造。

Achronix Semiconductor总裁兼首席执行官Robert Blake表示，Speedster7t是Achronix历史上最令人激动的发布，代表了建立在四个架构代系的硬件和软件开发基础上的创新和积淀。Speedster7t是灵活的FPGA技术与ASIC核心效率的融合，从而提供了一个全新的“FPGA+”芯片品类，它们可以将高性能技术的极限大大提升。

全新架构超越传统FPGA方案

据介绍，Achronix的Speedster7t系列基于一种高度优化的全新架构，通过将FPGA的可编程性与ASIC的布线结构和计算引擎完美地结合在一起，创造了一类全新的“FPGA +”技术，从而远远超越传统的FPGA解决方案。

Speedster7t系列产品包括革命性的全新二维片上网络（2D NoC）、高密度全新机器学习处理器（MLP）模块阵列、高带宽GDDR6接口、400G以太网端口和PCI Express Gen5等接口，所有这一切单元都互相连接以提供ASIC级带宽，同时保留FPGA的完全可编程性。

在开发Speedster7t系列FPGA的产品过程中，Achronix的工程团队完全重新构想了整个FPGA架构，以平衡片上处理、互连和外部输入输出接口（I / O），以实现数据密集型应用吞吐量的最大化，这些应用场景可见于那些基于边缘和基于服务器的AI / ML应用、网络处理和存储。

“Achronix全新的Speedster7t FPGA系列产品是创新性芯片架构实现爆发的一个卓越案例，创造该架构的目的是直接面向AI应用处理大量的数据，”Semico Research公司ASIC和SoC首席市场分析师Rich Wawrzyniak说道。“通过将数学函数、存储器和可编程性整合到其机器学习处理器中，再结合交叉芯片、二维NoC结构，从而形成了消除瓶颈和确保整个器件中数据自由流动的绝佳方法。在AI / ML应用中，内存带宽就是一切，Achronix的Speedster7t在这一领域提供了令人印象深刻的性能指标。”

高度优化计算性能全面提升

Speedster7t FPGA的核心是其全新机器学习处理器（MLP）中大规模的可编程计算单元平行阵列，它们可提供业界最高的、基于FPGA的计算密度。MLP是高度可配置的、计算密集型的单元模块，可支持4到24位的整点格式和高效的浮点模式，包括对TensorFlow的16位格式的支持，以及可使每个MLP的计算引擎加倍的增压块浮点格式的直接支持。

MLP与嵌入式存储器模块紧密相邻，通过消除传统设计中与FPGA布线相关的延迟，来确保以750 MHz的最高性能将数据传送到MLP。这种高密度计算和高性能数据传输的结合使得处理器逻辑阵列能够提供基于FPGA的最高可用计算能力以每秒万亿次运算数量为单位（TOPS，Tera-OperationsPer Second）。

高性能计算和机器学习系统的关键之处是高片外存储器带宽，从而为多个数据流提供存储源和缓冲。Speedster7t器件是唯一支持GDDR6存储器的FPGA，该类存储器是具有最高带宽的外部存储器件。每个GDDR6存储控制器都能够支持512 Gbps的带宽，Speedster7t器件中有多达8个GDDR6控制器，可以支持4 Tbps的GDDR6累加带宽，并且以很小的成本就可提供与基于HBM的FPGA等效存储带宽。

除了这种非凡的存储带宽，Speedster7t器件还包括业界最高性能的接口端口，以支持极高带宽的数据流。Speedster7t器件拥有多达72个业界最高性能的SerDes，可以达到1到112 Gbps的速度。还有带有前向纠错（FEC）的硬件400G以太网MAC，支持4x 100G和8x 50G的配置，以及每个控制器有8个或16个通道的硬件PCI Express Gen5控制器。

超高效率支持高带宽通信

Speedster7t架构包含一个可横跨和垂直跨越FPGA逻辑阵列的创新性的、高带宽的二维片上网络（NOC），它们连接到所有FPGA的高速数据和存储器接口，支持片上处理引擎之间所需的高带宽通信。NoC中的每一行或每一列都可作为两个256位实现，单向的、行业标准的AXI通道，工作频率为2Ghz，同时可为每个方向提供512 Gbps的数据流量。

通过在Speedster中实现专用二维NoC，极大地简化了高速数据移动，并确保数据流可以轻松地定向到整个FPGA结构中的任何自定义处理引擎。最重要的是，NOC消除了传统FPGA使用可编程路由和逻辑查找表资源在整个FPGA中移动数据流中出现的拥塞和性能瓶颈。这种高性能网络不仅可以提高Speedster7t FPGA的总带宽容量，还可以在降低功耗的同时提高有效LUT容量。

在安全防护方面，Speedster7t FPGA系列产品可用最先进的比特流安全保护功能应对，它们具有的多层防御能力可保护比特流的保密性和完整性。

实际上，Achronix是一家既提供独立FPGA芯片又提供Speedcore™嵌入式FPGA（eFPGA）半导体知识产权（IP）的公司。Achronix在Speedcore eFPGA IP中采用了与Speedster7t FPGA中使用的同一种技术，可支持从Speedster7t FPGA到ASIC的无缝转换。FPGA应用通常具有必须保持可编程性的功能，而其他固定功能则是专用于特定的系统应用。对于ASIC的转换而言，固定功能可以被固化进ASIC结构中，从而减小芯片面积、成本和功耗。当使用Speedcore eFPGA IP将Speedster7t FPGA转换为ASIC时，客户有望节省高达50％的功耗并降低90％的成本。

据Robert Blake透露，Speedster7t FPGA器件的大小范围为从363K至2.6M 的6输入查找表（LUT）。支持所有Achronix产品的ACE设计工具现已可提供，可支持包括Speedcore eFPGA和Speedchip™FPGA多晶粒封装芯片（Chiplet）。第一批用于评估的器件和开发板将于2019年第四季度提供。