Hitek Systems 滿足了產業對 FPGA 型加速板的需求

總結

繼 2019 年推出的 Intel® Agilex FPGA 家族（目前一般公認為業界效能最高的 7nm FPGA ）¹後，Hitek Systems 致力將 Intel Agilex FPGA 納入自家的高效能加速器系列（HiPrAcc™）。在對目前的板件設計與開發流程進行評估後，Hitek Systems 得出結論，將開發流程標準化，將重複使用及加速上市時間發揮到極致，可更加滿足對 FPGA 型加速器日益增長的需求。

為此，Hitek Systems 整合了開源開放式 FPGA 堆疊（OFS）的軟硬體基礎架構。使用基礎 OFS 軟硬體元件，並搭配開放原始碼技術文件，有助於簡化開發流程，提高在其 PCIe 加速器家族的重複使用與可攜性。

Hitek Systems 使用 OFS 基礎架構，目前有兩個 Intel Agilex 7 FPGA 型加速器平台，預計在 2023 年和 2024 年推出更多平台。

背景與挑戰

Hitek Systems 公司專精高階、最新 FPGA 技術板件與開發平台、網路與正向錯誤校正（FEC）智慧財產權（IP）核心、FPGA 韌體、FPGA 設計服務、裝置驅動程式與應用程式程式設計介面（API），總部位於馬里蘭州日耳曼鎮。Hitek Systems 自行開發所有產品，因此產品具有靈活的業務模型，可加速自訂板件開發的上市時間。

Intel 在 2019 年推出 Intel Agilex FPGA 家族。此後，Intel Agilex FPGA 家族不斷擴展，涵蓋不同應用程式由低至高的功率與邏輯密度。Intel Agilex 7 FPGA 系列整合了業界效能最高的 FPGA ，每瓦架構效能比競爭對手的 7nm 高約 2 倍¹。Intel Agilex 7 FPGA 和 SoC FPGA 目前提供 F、I 和 M 系列，分別針對範圍廣泛的頻寬密集、運算密集和記憶體密型應用程式。

2023 年 Intel Agilex FPGA 家族依然提供業界最高的效能，並因其領先的效能與電源效率成為 FPGA 產業的主流產品。因此，終端使用者對 Intel Agilex® FPGA 型加速卡的需求，特別是那些使用 oneAPI 實現高階開發流程的加速卡，最近才有所成長。

然而，從頭開始開發自訂 FPGA 型板件複雜且非常耗時，在高效能 FPGA 突破 PCIe 卡效能極限的情況下更是如此。此外，將現有的 FPGA 設計移植至不同供應商的 FPGA 或不同型號的 FPGA 也是一項艱鉅的任務，因為不同供應商 IP、工具、資料庫和內建硬體（例如雙倍資料速率（DDR）、數位訊號處理（DSP）與 I/O）因製造商和 FPGA 家族而有所差異。

倘若沒有可重複使用且標準化的基礎架構，多個自訂板件需要單獨建置、開發及維護多個板件支援套件（BSP）。每個 FPGA 卡也需要自訂 API 和軟體工具，這使得跨 FPGA 家族和工具版本的管理及維護變得困難。這一系列的卡使用不同的 API、工具與版本控制，也需要高等級的客戶支援。

為了利用最新且效能最佳的 FPGA 技術，滿足這個市場的需求，並更快地將我們的解決方案推向市場，Hitek Systems 發現有必要對板件產品組合採用一套標準化和整合性的方法。

解決方案

為了協助 FPGA 板件和工作負載廠商擴充並更早將解決方案推向市場，Intel 開發並開源了 OFS 基礎架構，這是一項 Intel Agilex FPGA 技術開發的關鍵基礎工具。OFS 提供在開放原始碼 GitHub 儲存庫快速啟動 FPGA 型開發所需的所有軟硬體原始程式碼、文件、參考範例和工具。這個參考基礎架構包含板件開發者可以修改或利用的所有必要元件。

OFS 基礎架構提供了一種整合性的方法來建構及維護 Hitek Systems HiPrAcc 板件家族的 BSP。這個基礎架構包含通常稱為「殼層」的 FPGA 介面管理器（FIM），以及加速器功能單元（AFU）區域，也就是工作負載開發的指定區域。板件或 FIM 開發者可透過 OFS 利用開源基礎架構或基礎 FIM，根據目標應用程式或產業，為其板件快速開發量身打造的 FIM。同樣地，OFS 包含開源軟體架構，開發者可以利用上游和開源的核心驅動程式加速整合至通用架構。OFS 也提供其他功能，即部分重新設定、高階開發流程（例如 oneAPI）、標準 Arm AMBA* 和 AXI 介面。OFS 讓板件開發者可以延續統一的 AFU 介面，因此能讓身為 AFU 開發者的客戶在不同的 FPGA 板件上利用 IP 投資。

透過採用 OFS 基礎架構和開發流程，以及利用提供的基礎 FIM，Hitek Systems 在 FPGA 家族和工具流程中實現了更多標準化和可攜性，使我們能夠快速開發 BSP，並在不同平台之間更加重複使用 ，為客戶提供統一且可預測的 AFU 設計體驗。

結果

Hitek Systems 正在針對網路、運算和卡上儲存應用的領域，交付及開發一系列基於 Intel Agilex 7 FPGA 的高效能加速器 HiPrAcc。這些卡具有各種 PCIe 式外型規格，包括短版（HHHL-SS）、全高（FHHL-SS）和 GPU 型（FH¾L-DS）。GPU 型的卡可插入任何支援 NVIDIA GPU 的伺服器。

Hitek Systems 也正在開發另外兩個 HiPrAcc PCIe 卡，採用的是 Intel Agilex 7 FPGA F 系列和 I 系列，搭載 R 和 F tile。 這些額外的板件會在 2023 年底投入生產。

如何開始使用開放式 FPGA 堆疊進行 FPGA 加速

FPGA 開發者可以選擇採用 Hitek Systems 的 HiPrAcc NC100 或支援 HiPrAcc NCS200 OFS 的板件，然後使用開源文件和原始程式碼開始建構自訂的工作負載。
下表概述了開發者如何使用 Hitek Systems 加速板，開始進行 FPGA 技術工作負載開發。