Xilinx intègre HBM empilé pour gérer la bande passante et la sécurité

Xilinx a amélioré son jeu en résolvant les goulots d'étranglement des performances dans les réseaux et les centres de données, avec une nouvelle série dans son portefeuille de plateformes d'accélération de calcul adaptatif (ACAP) Versal qui intègre une mémoire à bande passante élevée (HBM) pour permettre une accélération de calcul rapide pour des ensembles de données massifs et connectés avec serveurs moins nombreux et moins chers.

Sa nouvelle série Versal HBM intègre une DRAM HBM2e avancée, offrant un débit de 820 Go/s et 32 ​​Go de capacité pour 8 fois plus de bande passante mémoire et 63 % de puissance en moins que les implémentations DDR5 (une comparaison basée sur une implémentation système typique de quatre composants DDR5-6400). Xilinx a déclaré que la série Versal HBM est conçue pour répondre aux besoins de mémoire plus élevés des applications les plus gourmandes en calcul et liées à la mémoire pour les centres de données, les réseaux câblés, les tests et mesures, et l'aérospatiale et la défense.

Lors d'un briefing avec Embedded.com, Mike Thompson, responsable de la ligne de produits senior pour les FPGA Xilinx Versal, a déclaré :« Il existe actuellement trois tendances majeures :la croissance exponentielle du trafic réseau et des données à traiter; Disponibilité de la bande passante DDR qui entraîne des goulots d'étranglement des performances ; et le troisième est la sécurité des données. Versal HBM augmente la capacité de chacune de ces trois couches, d'autant plus que les exigences en matière de bande passante et de sécurité dépassent les technologies de traitement et de mémoire actuelles. »

La série Versal HBM utilise une mémoire à bande passante élevée intégrée à l'aide d'une interconnexion en silicium empilée (SSI) basée sur la technologie d'empilement 3D CoWoS (puce sur plaquette sur substrat) de TSMC. Thompson a déclaré que cette intégration hétérogène est un élément clé pour aborder la soi-disant fin de la loi de Moore. Il a déclaré que les architectures traditionnelles présentent des goulots d'étranglement sur la mémoire et l'accès au réseau pour les applications en temps réel.

La série Versal HBM utilise la base fournie par Xilinx Versal Premium, mais permute une région super logique (SLR) dans l'appareil pour permuter dans la pile HBM2e, et un autre SLR pour ajouter un contrôleur HBM intégré. Cela permet une architecture pour un déplacement rapide des données et un traitement adaptatif grâce à l'intégration d'un sous-système de propriété intellectuelle (IP) et de mémoire en réseau. Thompson a indiqué que le Versal HBM intègre 14 FPGA équivalents (par rapport au Xilinx Virtex EltraScale+) et remplace 32 puces DDR5 par le HBM intégré.

La nouvelle plate-forme HBM intègre des cœurs de réseau à puissance optimisée pour une connectivité sécurisée à bande passante élevée. La série Versal HBM offre 5,6 Tb/s de bande passante série avec des émetteurs-récepteurs PAM4 112 Gb/s, 2,4 Tb/s de bande passante Ethernet évolutive, 1,2 Tb/s de débit de chiffrement de débit de ligne, 600 Gb/s de connectivité Interlaken et 1,5 Tb/s de bande passante PCIe Gen5 avec DMA intégré, prenant en charge CCIX et CXL. Ce large éventail d'adresses IP renforcées fournit une connectivité réseau multi-térabits prête à l'emploi pour une large gamme de protocoles, de débits de données et de normes optiques, permettant une puissance et des performances optimales et un délai de mise sur le marché rapide.

En tant que plate-forme de calcul adaptative et hétérogène, la série Versal HBM est conçue pour accélérer un large éventail de charges de travail avec de grands ensembles de données, intégrant des moteurs adaptables pour le parallélisme matériel à faible latence, des moteurs DSP pour l'inférence AI et le traitement du signal, et des moteurs scalaires pour les calcul, gestion de la plate-forme et démarrage et configuration sécurisés. Contrairement aux accélérateurs à fonction fixe, la série Versal HBM peut reconfigurer dynamiquement le matériel en quelques millisecondes pour s'adapter à l'évolution des algorithmes et des protocoles émergents, éliminant ainsi le besoin de reconcevoir et de redéployer le matériel. Thompson nous a dit "Ceci avec un calcul adaptable est important pour la conception agile."

Cette convergence de calcul adaptable avec une mémoire à bande passante élevée et une connectivité multi-térabits permet une accélération du cloud de nouvelle génération et une mise en réseau sécurisée. Les ACAP Versal HBM offrent de bonnes performances et une efficacité énergétique pour les charges de travail de Big Data, notamment la détection des fraudes, les moteurs de recommandation, l'accélération de la base de données, l'analyse des données, la modélisation financière et l'inférence d'apprentissage en profondeur pour le traitement du langage naturel (NLP). En améliorant les temps d'exécution par ordre de grandeur par rapport aux processeurs de classe serveur modernes, tout en prenant en charge des ensembles de données 4 fois plus volumineux, les utilisateurs peuvent déployer des applications avec des ensembles de données volumineux et connectés avec des serveurs beaucoup moins nombreux et moins coûteux.

De même, les ACAP Versal HBM offrent une évolutivité et des performances réseau pour les routeurs, commutateurs et appareils de sécurité 800G. La mise en œuvre d'une unité de traitement de réseau (NPU) traditionnelle d'un pare-feu de nouvelle génération 800G nécessiterait plusieurs périphériques NPU et modules DDR, tandis qu'un seul Versal HBM ACAP élimine les mémoires externes et effectue le traitement des paquets, le traitement de la sécurité et la détection d'anomalies adaptable par l'IA à puissance considérablement inférieure et à une fraction du facteur de forme. La série offre d'importantes économies de CapEx et d'OpEx pour les fournisseurs de cloud et de réseau en permettant aux clients d'utiliser moins d'appareils et de systèmes pour mettre en œuvre leurs applications.

Accessibles à la fois aux développeurs de matériel et de logiciels, les ACAP Versal HBM fournissent un point d'entrée de conception pour tout développeur, y compris Vivado Design Suite pour les développeurs de matériel, la plate-forme logicielle unifiée Vitis pour les développeurs de logiciels et Vitis AI pour les scientifiques des données avec des cadres spécifiques au domaine et bibliothèques d'accélération.

La série Versal HBM est construite sur la base d'appareils Versal 7 nm éprouvés en production. Les développeurs peuvent commencer le prototypage sur les appareils de la série Versal Premium et les cartes d'évaluation et migrer facilement vers la série Versal HBM. L'échantillonnage de la série Versal HBM commencera au premier semestre 2022. La documentation est disponible dès maintenant et les outils seront disponibles au second semestre 2021 via un programme d'accès anticipé.