Bittware cung cấp thẻ tăng tốc mở FPGA Stack (OFS) và Intel® oneAPI

Tóm tắt về Ban điều hành

BittWare đã phát triển các giải pháp về bo mạch tăng tốc dựa trên FPGA cùng Intel FPGA trong hơn hai mươi năm. Trong lần chuyển đổi sang Intel Agilex® 7 mới nhất gần đây, BittWare quan tâm đến việc cung cấp hỗ trợ cho oneAPI trên các giải pháp FPGA của họ. Để có thể làm được điều này, BittWare đã chuyển sang Open FPGA Stack (OFS) và Gói hỗ trợ tăng tốc oneAPI nguồn mở (ASP) của nó để kích hoạt việc lập trình ứng dụng thiết kế cấp cao trên nền tảng dựa theo Intel Agilex FPGA của họ.

Bối cảnh và thách thức

Intel đã giới thiệu dòng sản phẩm Intel Agilex 7 vào năm 2019. Kể từ đó, dòng sản phẩm Intel Agilex đã mở rộng để bao hàm một số FPGA công suất thấp đến cao và mật độ logic trên nhiều ứng dụng khác nhau. Dòng FPGA Intel Agilex 7 là dòng FPGA Intel Agilex đầu tiên, hiệu suất cao. Dòng FPGA kết hợp các FPGA có hiệu năng cao nhất trong ngành, mang lại hiệu năng kết cấu trên mỗi watt tốt hơn gấp 2 lần so ¹với các FPGA thế hệ mới nhất của đối thủ cạnh tranh. Các FPGA Intel Agilex mới mạnh mẽ hơn, tiêu thụ ít điện năng hơn, bao gồm các tính năng I/O như PCIe* 4.0 và 5.0, hướng đến nhiều ứng dụng sử dụng nhiều băng thông, điện toán và bộ nhớ.

Những cải tiến hiệu suất này mang lại cho khách hàng của BittWare giá trị cao hơn, bao gồm cả hiệu suất trên mỗi watt cho thiết bị biên cao hơn và mật độ điện toán cho trung tâm dữ liệu. Đối với các ứng dụng điện toán hiệu năng cao (HPC), FPGA mang đến khả năng điều chỉnh ứng dụng phù hợp với khối lượng công việc hơn so với các bộ tăng tốc thông thường. Intel và BittWare đã hợp tác để chuyển khối lượng công việc HPC từ Trung tâm Siêu máy tính Barcelona sang thẻ IA-840f bằng oneAPI, đạt được tốc độ tăng gấp 233 lần. Dự án này là một phần của hội thảo trực tuyến theo yêu cầu của Bittware mang tên Điện toán Hiệu năng cao cùng Next-Generation Intel Agilex FPGAs.

BittWare cũng cung cấp tài nguyên cho các công cụ lập trình cấp cao, chẳng hạn như sách trắng với mã mẫu có thể tải xuống. Các tài nguyên này cho thấy các công cụ cấp cao thúc đẩy quá trình phát triển như thế nào trong khi tận dụng hiệu suất cao của Intel Agilex 7 FPGA.

Các công cụ như oneAPI cung cấp ngôn ngữ lập trình tương đồng cho phép phát triển FPGA để cải thiện thời gian khởi động và gỡ lỗi. Có thể so sánh với CUDA* hoặc AMD ROCm* của NVIDIA, oneAPI cung cấp ngôn ngữ lập trình tương đồng, Data Parallel C++ (DPC++), triển khai SYCL. Tuy nhiên, việc phân phối oneAPI của Intel giải quyết vấn đề cho môi trường lập trình hợp nhất, bộ công cụ và thư viện không chỉ cho GPU mà còn cho CPU, FPGA và VPU, chẳng hạn như bộ xử lý Gaudi/Gaudi2 AI.

Bằng cách sử dụng oneAPI, các lập trình viên dù ít quen thuộc với lập trình FPGA vẫn có thể tận dụng cấu trúc linh hoạt có thể lập trình lại của FPGA trong khi sử dụng các ngôn ngữ thiết kế quen thuộc, như C/C++ và môi trường phát triển, như Visual Studio hoặc Eclipse. Việc sử dụng các luồng thiết kế cấp cao thông qua oneAPI cũng làm tăng tính di động của khối lượng công việc trên các cấu trúc, cụ thể là CPU, GPU, FPGA và nhà cung cấp bo mạch.

BittWare, công ty mẹ là Molex, là đối tác lâu năm của Intel về thiết kế và sản xuất các sản phẩm tăng tốc phần cứng FPGA cấp doanh nghiệp để khách hàng có thể triển khai các giải pháp của họ nhanh hơn với rủi ro ít hơn. Là công ty dẫn đầu thị trường trong ngành FPGA trong 20 năm, BittWare đã chuyển từ các Intel Stratix® và Intel Arria® FPGA đầu tiên sang dòng sản phẩm Intel Agilex mới nhất. Khi giải quyết việc phát hành loạt bo mạch dòng "IA" mới nhất thuộc FPGA Intel Agilex họ đã tìm cách tận dụng cơ sở hạ tầng OFS để kích hoạt các quy trình phát triển oneAPI trên nền tảng của mình.

Giải pháp

Để đảm bảo các bo mạch của họ có thể kích hoạt luồng phát triển oneAPI, BittWare đã tận dụng cơ sở hạ tầng và tài nguyên phát triển FPGA nguồn mở mới nhất -- OFS. Open FPGA Stack (OFS) là cơ sở hạ tầng hoàn chỉnh đầu tiên có nguồn truy cập mở hoàn toàn, bao gồm giải mã phần cứng và trình điều khiểu phần mềm chuyển ngược trên kernel.org cho phép tạo ra một cộng đồng lập trình viên FPGA.

Cơ sở hạ tầng này bao gồm Trình quản lý giao diện FPGA (FIM), thường được gọi là 'shell' và vùng Đơn vị chức năng tăng tốc (AFU), một vùng được chỉ định để phát triển khối lượng công việc. Bằng cách sử dụng OFS, các lập trình viên bo mạch có thể tận dụng cơ sở hạ tầng nguồn mở để nhanh chóng phát triển FIM tùy chỉnh, phù hợp cho bo mạch của họ dựa trên ứng dụng hoặc ngành mà họ hướng đến. Tương tự, OFS bao gồm một khung phần mềm nguồn mở nơi các nhà phát triển có thể tận dụng các trình điều khiển hạt nhân nguồn mở và luồng dữ liệu trên để tăng tốc độ tích hợp vào các khung chung. Cơ sở hạ tầng OFS giải quyết nhu cầu về bo mạch tăng tốc FPGA và khối lượng công việc bằng cách cung cấp một phương pháp hiệu quả để phát triển nhanh chóng các hệ thống tăng tốc FPGA. Cơ sở hạ tầng phần cứng và phần mềm OFS được cung cấp có thể được tận dụng nguyên trạng hoặc được tùy chỉnh nhanh chóng để đáp ứng các yêu cầu thị trường của thị trường.

Bộ công cụ cơ sở oneAPI mà Intel cung cấp bao gồm trình biên dịch và môi trường thời gian chạy. Trình biên dịch chuyển đổi nhân SYCL hoặc mã ứng dụng FPGA thành mạch phần cứng. Mạch phần cứng này yêu cầu logic bổ sung để giao tiếp với thời gian chạy và các thiết bị ngoại vi bảng mạch FPGA. OFS cung cấp logic bổ sung này trong oneAPI ASP. OneAPI ASP được bao gồm trong kho lưu trữ OFS GitHub mã nguồn mở và cần thiết để biên dịch và chạy nhân ứng dụng HLD trên các nền tảng được OFS hỗ trợ. Tài liệu kỹ thuật tương ứng cũng được cung cấp và bao gồm hướng dẫn bắt đầu tóm tắt để thiết lập bộ công cụ cơ sở Intel oneAPI trên nền tảng OFS.

Bằng cách sử dụng các kho lưu trữ và tài liệu OFS mã nguồn mở được cung cấp, BittWare có thể triển khai luồng thiết kế oneAPI (không phải RTL) trên các thiết bị Intel Agilex của họ với một vài đổi bổ sung.

Kết quả

BittWare là công ty đầu tiên đưa ra thị trường dòng Intel Agilex FPGA Dòng F. Bảng dưới đây minh họa hai bo mạch được phát triển bằng OFS và oneAPI ASP.

Cách bắt đầu tăng tốc FPGA bằng OFS

Các lập trình viên FPGA có thể chọn từ các bo mạch hỗ trợ OFS IA-420f hoặc IA-840f của BittWare và sử dụng tài liệu nguồn mở cũng như mã nguồn để bắt đầu xây dựng khối lượng công việc tùy chỉnh của họ.

Bảng sau đây phác thảo cách mà lập trình viên có thể tạo khối lượng công việc dựa trên FPGA bằng bảng tăng tốc BittWare.