Hitek Systems开发基于PCIe的高性能加速器以满足行业需求

Hitek Systems 使用开放式 FPGA 堆栈 (OFS) 和 Agilex 7 FPGA，以开发基于最新 PCIe 的高性能加速器 (HiPrAcc)，旨在满足网络、计算和高容量存储应用的需求。

概 览  

Hitek Systems 满足了行业对基于 FPGA 的加速板的需求，这些加速板采用了 Agilex 7 FPGA 系列， Agilex 7 FPGA 因行业领先的结构和 I/O 速度而广受欢迎。  

开放式 FPGA 堆栈 (OFS) 是一个开源的硬件和软件基础设施，Hitek Systems 利用它来对高性能加速器 (HiPrAcc) 进行扩展和标准化。  

Hitek Systems 目前推出了两款支持 OFS 的 HiPrAcc 主板。

要点综述

继 2019 年推出 Agilex FPGA 家族后（该产品家族目前被广泛认为是业界性能最高的 7 纳米 FPGA1），Hitek Systems 在其高性能加速器产品系列 (HiPrAcc) 中引入了 Agilex FPGA。在评估了当前的开发板设计和开发流程后，Hitek Systems 得出结论，通过规范开发流程来最大限度地提高复用率并缩短上市时间，将更好地满足市场对 FPGA 加速器日益增长的需求。

为此，Hitek Systems 集成了开源的开放式 FPGA 堆栈 (OFS) 硬件和软件基础设施。使用基本的 OFS 硬件和软件组件和开源技术文档，有助于简化开发流程，提高 PCIe 加速器产品系列的重用性和可移植性。

使用 OFS 基础设施，Hitek Systems 目前推出了两款基于 Agilex 7 FPGA 的加速器平台，2024 年还会推出更多平台。

背景和挑战

Hitek Systems 是一家专注于 FPGA 高端主板和开发平台、网络和前向纠错 (FEC) 知识产权 (IP) 内核、FPGA 固件、FPGA 设计服务、设备驱动程序和应用编程接口 (API) 的公司，总部位于马里兰州日耳曼敦。

Hitek Systems 的一切开发工作都在内部进行，为他们提供了一种灵活的商业模式，可以加快定制板开发的上市时间。

英特尔于 2019 年推出了英特尔 Agilex FPGA 产品家族。从那时起， Agilex 家族不断扩展，增添了具备不同功率和逻辑密度的 FPGA，旨在满足不同应用的需求。

 Agilex 7 FPGA 系列集成了业界性能最高的 FPGA，结构性能功耗比比竞争对手的 7 纳米 FPGA 高出约两倍1。 Agilex 7 FPGA 和 SoC FPGA 目前有 F、I 和 M 系列，分别针对各种带宽密集型、计算密集型和内存密集型应用。

2024 年， Agilex FPGA 家族仍将提供业界最高的性能，并以领先的性能和能效成为 FPGA 行业的主要产品。因此，最终用户对基于 Agilex FPGA 的加速卡的需求，特别是那些通过 oneAPI 支持高级开发流程的加速卡，一直保持增长

然而，从头开发基于 FPGA 的定制板非常复杂且非常耗时，尤其是在高性能 FPGA 突破 PCIe 卡性能极限的情况下。此外，将现有 FPGA 设计移植到不同厂商的 FPGA 或不同型号的 FPGA 也是一项非常困难的任务，这是因为厂商 IP、工具、库和内置硬件因制造商和 FPGA 家族而异，如双倍数据速率 (DDR)、数字信号处理 (DSP) 和 I/O。

如果没有可重复使用和标准化的基础设施，多个定制主板需要单独构建、开发和维护多个主板支持包 (BSP)。每个 FPGA 卡还需要定制 API 和软件工具，这使得跨 FPGA 家族和工具版本的管理和维护变得十分困难。这些卡使用不同的 API、工具和版本，也需要高水平的客户支持。

为了利用最新的高性能 FPGA 技术，满足市场的需求，并更快地将解决方案推向市场，Hitek Systems 发现有必要采用标准化的方法来开发主板组合。

解决方案

为了帮助 FPGA 主板和工作负载厂商扩展并更快地将解决方案推向市场，英特尔开发了 OFS 基础设施并实现了其开源化，这是一款关键的基础工具，用于推动 Agilex FPGA 方案的开发。OFS 在开源 GitHub 存储库中提供了启动 FPGA 方案开发所需的所有硬件和软件源代码、文档、参考示例和工具。这个参考基础设施包含了主板开发人员可以修改或利用的所有必要组件。

OFS 基础设施提供了一种统一的方法来构建和维护 Hitek Systems HiPrAcc 主板系列中的 BSP。该基础设施由 FPGA 接口管理器 (FIM) 和加速器功能单元 (AFU) 区域组成，前者通常被称为“外壳”，后者是指定的工作负载开发区域。通过使用 OFS，主板或 FIM 开发人员可以利用开源基础设施或基础 FIM，根据目标应用或行业为主板快速开发量身定制的 FIM。同样，OFS 包括一个开源软件框架，开发人员可以利用上传的开源内核驱动程序来加速与通用框架的集成。

OFS 还提供了其他功能，即部分重新配置、高级开发流程（如 oneAPI）以及标准 Arm AMBA* 和 AXI 接口。OFS 支持主板开发人员采用统一的 AFU 接口，从而使他们的客户（AFU 开发人员）能够在不同的 FPGA 主板上利用他们的 IP 投资。

通过采用 OFS 基础设施和开发流程，并利用提供的基础 FIM, Hitek Systems 在 FPGA 家族和工具流程中提升了标准化程度和可移植性，这使得我们能够快速开发 BSP，并实现跨平台重用，为客户提供统一且可预测的 AFU 设计体验。

结 果

Hitek Systems 正在发运和开发一系列基于 Agilex 7 FPGA 的高性能加速器 HiPrAcc，这些加速器用于网络、计算和卡上存储应用。这些加速卡有多种基于 PCIe 的外形，包括半高 (HHHL-SS)、全高 (FHHL-SS) 和 GPU 规格 (FH¾L-DS)。GPU 规格的加速卡被设计成可以放入任何支持 NVIDIA GPU 的服务器中。

Hitek Systems 还利用 Agilex 7 FPGA F 系列和 I 系列（带 R 和 F tile）开发了另外两款 HiPrAcc PCIe 卡，已于 2023 年底前投入生产。

Hitek Systems 总裁 Tariq Muhammad 表示：

通过与英特尔合作并利用近期开源的 OFS，我们简化了 FPGA 支持包的开发过程，特别是我们基于 HiPrAcc PCIe 的加速卡。通过将 OFS 与 Agilex FPGA PCIe 卡相结合，我们可以帮助客户缩短 FPGA 应用开发的时间并降低其复杂性。

如何使用开放式 FPGA 堆栈开始 FPGA 加速

FPGA 开发人员可以从 Hitek Systems 支持 OFS 的 HiPrAcc NC100 或 HiPrAcc NCS200 主板中进行选择，并使用开源文档和源代码开始构建自己的自定义工作负载。

下表概述了开发人员如何使用 Hitek Systems 加速板开始基于 FPGA 的工作负载开发。

审核编辑：刘清