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5G网络用FPGA加速卡的功能及设计

作者:迎九时间:2019-03-29来源:电子产品世界收藏

       Function and design consideration of acceleration card based on for ’s network
  迎九/《电子产品世界》编辑摘要:用于“接入和边缘网络”与“核心网络”之间的数据处理。在即将到来的时代,不仅可处理海量数据任务,而且成本增加很少。英特尔公司的N3000就是这样一款产品,本文介绍了其性能定位及设计考量。
  关键词:;FPGA;FPGA可编程加速卡(PAC)的一个重要应用场合是减轻CPU的负担,把一些原来要在CPU上运行的工作量转移到FPGA的加速卡上,可用于从边缘/智能设备到云的产品中(如图1)。
  1 服务5G的N3000加速卡

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201903/399028.htm

       5G即将登场,在“接入和边缘网络”与“核心网络”之间面临海量数据任务,同时服务提供商又希望从4G过渡到5G时不增加更多的成本(图2),此时,FPGA可编程加速卡再次显威力——英特尔推出了英特尔可编程加速卡N3000(即:英特尔),采用了英特尔® Arria® 10 FPGA,专为服务提供商而设计。在中国的目标客户是一级和二级的电信服务商,还有很多设备制造商。

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  该加速卡可以把一些原来要在CPU上运行的工作量转移到FPGA加速卡上。这既针对核心网络,也针对无线接入网。优势首先是这款产品是专门为5G定制的。它能够支持高吞吐量、低延迟和高带宽的应用。与此同时,因为5G的网络技术还在不断地发展过程中,所以它提供的是一个可定制的平台。
  因为该平台是支持端到端的行业标准和一个开源的工具,所以可使用户很快地将产品推向市场。一方面可以满足5G的要求;另一方面也可以满足网络功能虚拟化(NFV)的要求。
  众所周知,从2017年下半年开始,英特尔宣布了多个FPGA的平台和解决方案,既有针对边缘网络的,同时也有针对数据中心的。此次宣布的这款产品处在“接入和边缘网络”与“核心网络”之间。至此,英特尔已把整个产品系列完成,这样,既可结合英特尔的硬件的能力,同时又结合了软件的能力和CPU的能力,可以使更多的工作负荷通过从CPU上卸下来放到FPGA上面,从而使整个网络可以处理更多的工作量。

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  另外,在MWC期间,软件合作伙伴还展示了采用该加速卡开发的一款面向 5G核心网络 (CN)/演进分组核心的新型解决方案——率先实现真正的200 Gbps/服务器。据悉,这是英特尔第一款针对网络用途的FPGA可编程加速卡。
  2 热门问答

       英特尔可编程解决方案事业部(PSG)产品市场总监Sabrina Gomez女士接受了《电子产品世界》等媒体采访。
  的设计难点此次提出的接入核心网络的加速卡,相比英特尔的云端加速卡,在性能和要求上有哪些显著的不同?实际上,这还是取决于工作负载。针对云或数据中心的一般是客户群体比较广泛,主要分成以下几个细分的领域:对于基因测序和对金融的应用,还有对安全的应用。
  针对网络的解决方案可能要满足的需求相对是比较确定的,不像数据中心这么广泛,不过难点是5G的技术还在演变过程中,所以需要高度的定制化和充分的灵活性。
  合作伙伴的可定制性主要是定制哪些?实际上,举个例子,在英特尔和Affirmed Networks的合作中,后者是把英特尔参考的编码和自己的软件整合起来,而形成FPGA的加速。它能够提供比较大的灵活性,就是它可以修改编码,也可以加上它自己需要分流的工作的负荷,或者它也可以把一些工作负荷整合起来,因为英特尔有足够多的逻辑可以供它使用。另外,随着5G技术的标准还在变化,客户无需在其服务器上安装一个新的设备,只需要在FPGA上进行更换就可以了。
  开发这个加速卡花了多长时间?从时间上来看,硬件可能是比较简单的,这个时间比较快。但是做FPGA参考代码的时间相对较长。还有一个时间比较长的是对质量的控制和验证,这主要是为了配合生态系统中的合作伙伴。还有一块时间比较长的是做整合的部分,包括它的行业标准的软件,像DPDK、OPAE,或者是像数据平面开发套件或者开放的可编程加速引擎,还有编排支持等。
  2.1 加速卡的特点把CPU的工作分流了,分流的是什么工作?
  实际上,可以转移或分流的工作负载在vRAN的应用里,包括4G的Turbo,即它的错误的纠正,还有5G的LDPC,此外还有前传,包括加速。然后就是针对核心或者是NFV的应用,包括NFVI、VNF,还有针对安全的防火墙等等的,以及包括5G下一代的核心网络等。
  关于合作伙伴,基于可编程加速卡的生态建设和合作伙伴方面的具体情况如何?这个问题包括N3000及之前的可编程加速卡。实际上,关于英特尔和互联网协议的开发商的合作,在数据中心层面约有20多个合作伙伴,满足的是范围较广的客户群的需求,包括数据分析、基因测序、金融和安全方面等。另外,针对网络部分,这次是首次和Affirmed Networks软件供应商合作。未来随着N3000的推出,英特尔还会披露更多的合作伙伴的关系。针对边缘,有硬件的服务器的合作伙伴。另外,针对这个平台,是和英特尔的OpenVINO的框架来合作的,它是一个行业标准的框架。下面大概有十多个合作伙伴。
  现 在 N 3 0 0 0 这 个 领 域 , 业 界 是 否 都 认 同的方式?英特尔当然希望这种的模式能够被行业广泛使用。当然,市面上可能还会有其他的解决方案。从FPGA可编程加速卡来看,最显著的优势是可以同时分流多重的工作负荷。与此同时,它在不改变硬件的情况下可以改变工作负荷。即:这款产品和其他解决方案最大的区别是硬件加速器。因为其他的解决方案,它的处理或者工作负荷还是要在CPU上实现的。而本加速卡通过增加了100万个逻辑单元,可以智能地分流,把很多原来需要在CPU上处理的工作负荷转移到FPGA上。这样使得CPU能够获得更多的带宽来实现其他的功能。
  相比其他FPGA公司的加速卡的优势是什么?实际上,最大的一个区别就是英特尔有比较完整的产品线。从边缘一直到云都有。其他的友商只是针对数据中心有加速卡。另外一个优势是英特尔是有比较完整的硬件+平台+行业标准的软件的完整解决方案,这样可以使用户的产品能快速推向市场。
  那么,与数据中心的加速卡相比,N3000的设计难点是什么?实际上,N3000最大的好处是可以使得生态系统中的合作伙伴(注:包括服务器的制造商等)无需了解FPGA到底是怎么回事,因为它本身是一个可编程的产品,而且它提供的是一个平台——里面既有软件,又有硬件,因此客户拿来就可以用。

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第4期第24页,欢迎您写论文时引用,并注明出处



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