O novo FPGA personalizável da Xilinx para data centers “nasceu para ser executado”

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Na semana passada, a Xilinx anunciou seu mais recente membro da família UltraScale, o Virtex UltraScale + VU23P. O que torna este novo FPGA único? E como seus recursos visam lidar com os problemas crescentes com armazenamento em rede e demandas de alta largura de banda?

Velocidade do processador x largura de banda

A crescente carga de data centers, principalmente porque mais funcionários trabalham em casa durante o COVID-19, apresentou aos engenheiros um novo desafio: velocidade do processador x largura de banda. A lei de Moore sustenta que o poder de processamento dos dispositivos de silício dobra a cada dois anos. No entanto, as velocidades das portas de rede têm aumentado exponencialmente devido à crescente demanda dos serviços de Internet, e teme-se que os processadores de servidor e a tecnologia atual de silício se tornem rapidamente inadequados.

Isso também é problemático para o design do servidor, porque o aumento exponencial da velocidade da porta exigirá que os servidores sejam atualizados ou substituídos com frequência para que eles possam lidar com o aumento. Imagine por um momento um servidor cujo hardware principal fosse configurável que poderia ajudar a descarregar tarefas da CPU principal e fornecer recursos de largura de banda de alta velocidade. Esses recursos duplos, afirma a Xilinx, foram o que inspirou seu mais recente dispositivo UltraScale +.

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Destaques do Xilinx Virtex UltraScale + VU23P

Para ajudar a atender à demanda exponencial em serviços de Internet, a Xilinx criou um FPGA projetado especificamente para servidores e data centers. O dispositivo mais recente, chamado Virtex UltraScale + VU23P, é um FPGA para rede e armazenamento adaptáveis ​​com a maior taxa de LUTs e bloqueia a RAM para DSP no portfólio da Virtex.

Xilinx diz que o FPGA permite maximizar a taxa de transferência de processamento de pacotes por porta, além de permitir o dimensionamento da largura de banda dentro de um envelope de energia fixo.

VU23P

VU23P. Imagem usada cortesia de Xilinx

O FPGA, cujo objetivo é descarregar o trabalho de SDN e NFV como um cartão de interface de rede inteligente SmartNIC) pode ser usado em aplicativos que exigem velocidades de 200 Gbps, além de integrar 100G Ethernet MAC com KR4-FEC, 34 transceptores operando a 32,75 Gbps e integrado blocos para PCIe Gen 4 para largura de banda maximizada e baixa latência.

O tamanho físico do Virtex UltraScale + VU23P mede 35 mm x 35 mm, tornando-o uma opção útil para ambientes de servidor de alta densidade, além de fornecer flexibilidade para suportar uma variedade de fatores de forma padrão do servidor.

Como o FPGA atrai os designers?

Embora esses recursos principais forneçam uma visão geral dos recursos do VU23P, o ​​resumo do produto detalha em que interesse os engenheiros estão interessados. O FPGA, baseado na tecnologia FinFET + de 16nm, integra a mesma tecnologia escalável que outros dispositivos FPGA UltraScale de 20nm, facilitando a migração.

O VU23P permite suporte de backplane 28G e 58G, além de oferecer chip de chip de 32,75G e 58G, além de chip para óptica. A Ethernet 100G integrada economiza tipicamente entre células lógicas do sistema 60K-100K por porta, liberando recursos para outras tarefas, além de proporcionar até 90% de economia de energia quando comparada às implementações de software.

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Alguns dos recursos colunares da família FPGA.

Alguns dos recursos colunares da família FPGA. Imagem usada cortesia de Xilinx

O PCIe Gen4 x8 e o PCIe Gen3 x 16 permitem largura de banda de até 16 GB / s, enquanto o uso de virtualizações expandidas pode ajudar nos aplicativos de data center. O buffer profundo no chip fornece RAM de bloco de 79 Mb para FIFO de ação e também suporta DDR4 com velocidades de até 2.666 Mbps.

Técnicas avançadas de roteamento de relógio ajudam a diminuir a inclinação do relógio para uso em redes de alto desempenho e o uso eficiente de CLBs ajuda a reduzir os atrasos na interconexão.

Quanto mais personalizáveis, mais aplicativos

O VU23P é voltado principalmente para aplicativos relacionados ao servidor, incluindo descarregamento completo de OVS, aceleração de segurança de rede, SmartNIC, aceleração NVMe-oF, controlador de armazenamento flash, aceleração de gateway de front-haul e acesso PON.

O FPGA pode ser programado sob medida para qualquer aplicativo, algo que falta às soluções de rede atuais. Um bom exemplo de onde o VU23P pode ser potencialmente revolucionário é o setor de streaming de vídeo. À medida que a resolução dos monitores aumenta com o 4K se tornando a norma, a demanda por vídeo de alta qualidade aumenta.

Xilinx diz que a velocidade das portas está superando a lei de Moore

Xilinx diz que a velocidade das portas está ultrapassando a lei de Moore. Imagem usada cortesia de Xilinx

Aumentar a qualidade de um vídeo aumenta seu tamanho de armazenamento. Vídeos maiores exigem uma largura de banda maior para que um vídeo seja transmitido sem buffer. Além disso, os vídeos exigem várias cópias armazenadas em todo o mundo para minimizar a latência e o tempo de download. Portanto, é necessária uma solução que possa acessar os dados nas unidades e minimizar o tamanho do arquivo no disco simultaneamente – enquanto atende a muitas outras demandas por outro conteúdo.

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O VU23P nessa situação seria útil não apenas para acelerar a compactação e descompactação de dados (para reduzir o tamanho do armazenamento em rede), mas também para transmitir o conteúdo em alta velocidade, liberando recursos da CPU do servidor.

Um horizonte brilhante para sistemas de rede

O VU23P é um FPGA projetado para ser personalizável e reprogramável, oferecendo recursos de hardware voltados especificamente para redes. A Xilinx alega que este novo dispositivo fará com que os engenheiros “corram” para vencer a concorrência deste dispositivo inovador. Embora o VU23P possa não ser inovador por si só, ele pode afetar como os sistemas de rede são projetados.

Esse conceito de substituição de hardware de silício estriado e implementações suaves por sistemas personalizáveis ​​pode ser o caminho a seguir, pois pode ser ajustado, aprimorado e dimensionado ao longo do tempo.


Se você trabalha com sistemas de rede, qual é o seu maior desafio com os FPGAs? Compartilhe suas experiências nos comentários abaixo.

*As fotos exibidas neste post pertencem ao post www.allaboutcircuits.com

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