Xilinx 集成堆叠 HBM 以解决带宽和安全问题

Xilinx 在解决网络和数据中心的性能瓶颈方面加大了力度，其 Versal 自适应计算加速平台 (ACAP) 产品组合中的一个新系列集成了高带宽内存 (HBM) 以实现对海量连接数据集的快速计算加速更少且成本更低的服务器。

其新的 Versal HBM 系列集成了先进的 HBM2e DRAM，提供 820GB/s 的吞吐量和 32GB 的容量，与 DDR5 实施相比，内存带宽提高了 8 倍，功耗降低了 63%（基于四个 DDR5-6400 组件的典型系统实施的比较）。赛灵思表示，Versal HBM 系列旨在满足数据中心、有线网络、测试和测量以及航空航天和国防领域计算密集度最高、内存受限的应用对更高内存的需求。

Xilinx Versal FPGA 高级产品线经理 Mike Thompson 在 Embedded.com 的简报中表示：“目前存在三大趋势：网络流量和要处理的数据呈指数级增长；导致性能瓶颈的 DDR 带宽可用性；三是数据安全。 Versal HBM 增加了这三层中每一层的容量，特别是因为带宽和安全要求超过了当前的处理和内存技术。”

Versal HBM 系列利用基于台积电 CoWoS（基板上晶片上芯片）3D 堆叠技术的堆叠硅互连 (SSI) 集成高带宽存储器。汤普森说，这种异构集成是解决所谓的摩尔定律终结的关键部分。他说，传统架构在实时应用程序的内存和网络访问方面存在瓶颈。

Versal HBM 系列使用 Xilinx Versal Premium 提供的基础，但换出器件中的一个超级逻辑区域 (SLR) 以换入 HBM2e 堆栈，并换出另一个 SLR 以添加集成 HBM 控制器。这通过集成网络知识产权 (IP) 和内存子系统实现了快速数据移动和自适应处理的架构。 Thompson 表示，Versal HBM 集成了 14 个等效的 FPGA（与 Xilinx Virtex EltraScale+ 相比），并用集成的 HBM 替代了 32 个 DDR5 芯片。

新的 HBM 平台整合了功率优化的网络核心，可实现高带宽、安全连接。 Versal HBM 系列通过 112Gb/s PAM4 收发器提供 5.6Tb/s 的串行带宽、2.4Tb/s 的可扩展以太网带宽、1.2Tb/s 的线速加密吞吐量、600Gb/s 的 Interlaken 连接和 1.5Tb/s具有内置 DMA 的 PCIe Gen5 带宽，支持 CCIX 和 CXL。这套广泛的强化 IP 为广泛的协议、数据速率和光学标准提供现成的、多 TB 的网络连接，从而实现最佳的功率和性能并加快上市时间。

作为自适应异构计算平台，Versal HBM 系列旨在通过大型数据集加速各种工作负载，集成了用于低延迟硬件并行的自适应引擎、用于 AI 推理和信号处理的 DSP 引擎以及用于嵌入式的标量引擎计算、平台管理以及安全启动和配置。与固定功能加速器不同，Versal HBM 系列可以在几毫秒内动态重新配置硬件，以适应不断发展的算法和新兴协议，无需重新设计和重新部署硬件。 Thompson 告诉我们“具有适应性计算的这一点对于敏捷设计很重要。”

这种适应性计算与高带宽内存和多 TB 连接的融合可实现下一代云加速和安全网络。 Versal HBM ACAP 为大数据工作负载提供了良好的性能和能效，包括欺诈检测、推荐引擎、数据库加速、数据分析、金融建模和自然语言处理 (NLP) 的深度学习推理。通过将运行时间比现代服务器级 CPU 提高几个数量级，同时支持 4 倍大的数据集，用户可以使用数量更少、成本更低的服务器部署具有海量连接数据集的应用程序。

同样，Versal HBM ACAP 为 800G 路由器、交换机和安全设备提供网络可扩展性和性能。 800G 下一代防火墙的传统网络处理单元 (NPU) 实施需要多个 NPU 设备和 DDR 模块，而单个 Versal HBM ACAP 消除了外部存储器并在显着降低功耗，而且外形尺寸只是其中的一小部分。该系列使客户能够使用更少的设备和系统来实施他们的应用程序，从而为云和网络提供商节省了大量的资本支出和运营支出。

Versal HBM ACAP 可供硬件和软件开发人员使用，为任何开发人员提供了一个设计入口点，包括面向硬件开发人员的 Vivado 设计套件、面向软件开发人员的 Vitis 统一软件平台以及面向具有特定领域框架和数据科学家的 Vitis AI加速库。

Versal HBM 系列建立在经过生产验证的 7nm Versal 设备的基础上。开发人员可以在 Versal Premium 系列设备和评估板上开始原型设计，并轻松迁移到 Versal HBM 系列。 Versal HBM 系列将于 2022 年上半年开始提供样品。文档现已提供，工具将于 2021 年下半年通过抢先体验计划提供。