最新白皮书：软件定义的硬件打开通往高性能数据加速的大门

作者：Achronix

在众多行业的数字化转型过程中，基于硬件的数据处理加速是构建高性能、高效率智能系统的关键之处，因而市场上出现了诸如FPGA、GPU和xPU等许多通用或者面向特定应用（如NPU）的硬件加速器。尽管它们的性能和效率都高于通用处理器，但是开发人员还是一直在为各种新兴应用寻找可重构的但性能又如ASIC一样的硬件加速器，同时还可以最大限度重用其开发成果。

高性能FPGA成为了诸多智能化应用的首选硬件加速器，相对于目前大热的GPU来进行数据加速，采用FPGA的实现方式通常可以带来更低的延迟和更高的能效；同时，当新的需求、应用、协议和安全威胁出现时，FPGA能够更新算法和协议处理，从而使它们成为网络加速的理想基础平台；尤其是具有独立内部宽带连接的片上网络（NOC）和高速外部接口（单通道112Gbps）的新一代FPGA器件，足以应付和处理巨大的数据流量。

但是从诸如大模型、新一代通信、智能驾驶、自动驾驶和金融科技等近年来不断快速成长的新兴市场来看，企业投入了巨大成本和大量时间去做FPGA开发，仅靠FPGA器件这样的可编程硬件是不能全面应对市场和生态的发展演变的。

这是因为他们的企业数据中心或者边缘计算解决方案在不同的发展阶段，对硬件的产品形态和成本的要求是不一样的，他们需要尽可能不改动已有的FPGA开发成果并找到合理硬件形态来适配应用的规模和使用量。

在不久前发布的新版白皮书《软件定义的硬件提供打开高性能数据加速大门的钥匙（WP019）》中，就揭示了一种全新的可编程硬件应用模式，可以为用户带来巨大的方便性和经济性。

例如，在研发的初期可更快更方便地采用符合PCIe等标准接口的加速卡来启动项目和小规模量产；而在全面量产时则可以选择独立FPGA芯片来打造系统产品；如果应用规模进一步上升，还可以选择嵌入式FPGA（eFPGA） IP产品来定制SoC或者ASIC。

作为一家长期提供硬件加速卡产品的供应商，在从云加速的高性能计算到相关设备的多样化市场中，BittWare是唯一一家可与多家主流FPGA芯片供应商合作的重要批量化供应商，在基于FPGA的PCIe板卡设计方面积累了丰富的经验，能够满足企业客户的质量认证、验证、产品生命周期管理和支持需求，这些客户希望为关键任务型应用去大规模部署FPGA加速器。

BittWare与Achronix紧密合作开发了最新一代的基于Achronix的FPGA芯片的PCIe加速卡。Achronix是唯一一家能够同时提供独立FPGA芯片和嵌入式eFPGA IP的FPGA技术供应商，在双方合作开发了PCIe加速卡以后，用户的开发成果可以得到更广泛的应用，而且对硬件形态的选择则更加灵活和经济。

这款VectorPath S7t-VG6加速卡使用了Achronix采用7nm工艺打造的、结合了很多功能的Speedster®7t FPGA芯片，不仅可以在内部提供高吞吐量数据加速，而且还支持从机器学习到先进仪器等系统所需的高度分布式、网络化的架构。

VectorPath S7t-VG6中使用的Speedster7t FPGA直接支持分布式架构，标志着传统FPGA架构的重大转变，使面向软件的开发人员更容易构建定制处理单元。这种创新的新架构与传统FPGA形成鲜明对比，这非常适合今天数据通量巨大的智能化应用，而传统FPGA的设计并不注重数据加速。

与传统的FPGA架构相比，Speedster7t FPGA芯片的一个关键差异化点在于它包括一个创新的二维片上网络（2D NoC），可以在逻辑阵列内的处理单元与各种片上高速接口和存储器端口之间传输数据。Speedster7t NoC不再需要设计CDC和交换功能来将加速器连接到高速数据或内存端口。通过简单地将这些功能连接到NoC，就消除了连接方面的难题，从而简化了设计，减少了FPGA资源的消耗，提高了性能并简化了时序收敛。

考虑到用户需要在多种多样的应用中寻求数据加速功能，BittWare和Achronix已经创建了一种高度灵活的引擎，无论它们是被单独使用，还是作为大型异构处理阵列中的一部分，都可以被轻松部署。作为该加速卡的核心芯片，Speedster7t FPGA为开发人员提供了构建高吞吐量应用的能力，这些应用可以充分利用可编程逻辑、PCIe Gen5以及高达400 Gbps的以太网连接。

BittWare的软件和支持保证了这些开发人员在插入加速卡后，就可以立即开始工作，即可支持应用的开发和量产。同时，由于这些加速卡上FPGA和Speedster7t FPGA及Speedcore eFPGA IP皆使用同一开发工具，随着应用的变化和市场发展，这些硬件组合可以最大限度地延长其生命周期，并为最终应用的商业化提供了更多的选择。

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