FPGA巨頭自適應(yīng)SoC加速水平再創(chuàng)新高，三大創(chuàng)新突破

AI的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用下，使得數(shù)據(jù)量激增、帶寬擴(kuò)大、效率提升以及與日俱增的安全威脅等現(xiàn)象，變得愈發(fā)關(guān)鍵。對(duì)于下一代存儲(chǔ)器和主機(jī)連接方面， DDR5預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)將主導(dǎo)市場(chǎng)DRAM類型。同時(shí)，CXL內(nèi)存連接技術(shù)預(yù)計(jì)在2024至2029年間將實(shí)現(xiàn)212%的年復(fù)合增長(zhǎng)。目前，已有半數(shù)的服務(wù)器支持CXL，預(yù)計(jì)未來(lái)將有更多服務(wù)器加入這一行列。應(yīng)對(duì)AI時(shí)代挑戰(zhàn)，更快速的主機(jī)連接、更豐富的內(nèi)存資源以及更高效的接口技術(shù)，推動(dòng)了PCIe Gen 6、LPDDR5X和CXL 3.1等技術(shù)的加速演講，用于滿足行業(yè)需求。

日前，AMD推出第二代Versal Premium系列自適應(yīng)SoC，旨在面向各種工作負(fù)載提供最高水平系統(tǒng)加速。這是FPGA行業(yè)首款在硬IP中采用CXL 3.1、PCIe Gen6并支持LPDDR5存儲(chǔ)器的器件。該系列產(chǎn)品通過(guò)采用先進(jìn)的接口和存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)加速，能夠滿足了數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載的需求。全新技術(shù)使得處理器和加速器之間的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和遷移更加快速高效，特別適合數(shù)據(jù)中心、通信和測(cè)試測(cè)量市場(chǎng)的需求。AMD的這一創(chuàng)新有助于提升系統(tǒng)吞吐量和存儲(chǔ)器資源利用率，從而提高整體性能，并支持從云端到邊緣計(jì)算的嚴(yán)苛應(yīng)用。

面向數(shù)據(jù)密集型高帶寬應(yīng)用

基于第一代產(chǎn)品，第二代Versal Premium系列主要在I/O、收發(fā)器和存儲(chǔ)/內(nèi)存控制器等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，這種設(shè)計(jì)復(fù)用模式有助于產(chǎn)品的快速推廣和部署。此外，第二代產(chǎn)品還新增了LDPC解碼器模塊，適用于高通量的解碼需求。

AMD自適應(yīng)與嵌入式計(jì)算事業(yè)部( AECG ) Versal產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Manuel Uhm表示，相比第一代產(chǎn)品，第二代AMD Versal Premium系列的核心優(yōu)勢(shì)在于它通過(guò)更高效地管理系統(tǒng)內(nèi)存來(lái)助力計(jì)算，而這正是AI模型和數(shù)據(jù)集成當(dāng)前最迫切的需求。他強(qiáng)調(diào)，第二代AMD Versal Premium系列是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品線的補(bǔ)充，而非替代，400G、800G網(wǎng)絡(luò)加速等應(yīng)用仍然是目標(biāo)應(yīng)用，也是Versal Premium系列所適配的。

據(jù)AMD自適應(yīng)和嵌入式計(jì)算事業(yè)部( AECG ) 高級(jí)產(chǎn)品線經(jīng)理Mike Rather介紹，為滿足大數(shù)據(jù)和高計(jì)算密度的需求，AMD第二代Versal Premium系列主要實(shí)現(xiàn)了三大創(chuàng)新突破：第一，符合PCIe Gen 6和CXL3.1規(guī)范加速主機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)64Gb/s的連接速度；采用LPDDR5X和DDR5分別提供了8533Mb/s和6400Mb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)通過(guò)采用CXL存儲(chǔ)器擴(kuò)展模塊，進(jìn)一步增強(qiáng)了存儲(chǔ)器接口的能力；在數(shù)據(jù)安全方面，通過(guò)數(shù)據(jù)加密IDE、DDR加密和400G高速加密引擎確保數(shù)據(jù)安全性。

加速主機(jī)連接

CXL是處理器與器件（例如，基于 FPGA 的加速器）之間的開(kāi)放式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互連技術(shù)，AMD通過(guò)支持CXL 來(lái)倡導(dǎo)開(kāi)放式創(chuàng)新。

據(jù)介紹，第二代 Versal Premium 器件支持業(yè)界當(dāng)前最快的主機(jī)接口CXL 3.1和PCIe Gen6，可實(shí)現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的高帶寬主機(jī)CPU到加速器連接。與支持PCIe Gen4或Gen5的FPGA相比，PCIe Gen6能提供2至4倍的線速率，而運(yùn)行PCIe Gen6的CXL 3.1在類似時(shí)延下則能提供使用CXL 2.1器件的雙倍帶寬，以及增強(qiáng)的架構(gòu)和一致性功能。

此外，通過(guò)將第二代 Versal Premium 系列搭配 AMD EPYC CPU，系統(tǒng)架構(gòu)師能夠利用經(jīng) CXL或PCIe連接到高性能CPU的最新AMD FPGA器件，以加速數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用并滿足快速的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)需求。CXL 還能提供內(nèi)存一致性的額外益處，有助于實(shí)現(xiàn)真正的異構(gòu)加速計(jì)算。

提高存儲(chǔ)器帶寬及利用率

第二代AMD Versal Premium系列自適應(yīng)SoC能以最高8533Mb/s的快速LPDDR5存儲(chǔ)器連接加速存儲(chǔ)器帶寬，帶來(lái)更快速的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)響應(yīng)。與采用LPDDR4/5存儲(chǔ)器的同類器件相比，這種超快的增強(qiáng)型DDR存儲(chǔ)器可將主機(jī)連接速度提升至高2.7倍。

與CXL存儲(chǔ)器擴(kuò)展模塊進(jìn)行連接，較單獨(dú)使用LPDDR5X存儲(chǔ)器，可使總帶寬高出最多2.7倍。因此，第二代 Versal Premium 系列允許為多個(gè)加速器實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的內(nèi)存池和擴(kuò)展，進(jìn)而優(yōu)化存儲(chǔ)器利用率并增加帶寬和容量。

通過(guò)為多個(gè)器件動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存池，第二代 Versal Premium系列自適應(yīng)SoC旨在提高多頭單邏輯器件（MH-SLD）的存儲(chǔ)器利用率，使其無(wú)需架構(gòu)或交換機(jī)即可運(yùn)行，同時(shí)支持至多兩個(gè)CXL主機(jī)。

加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全

增強(qiáng)的安全功能有助于第二代Versal Premium系列在傳輸和靜態(tài)狀態(tài)下均可快速、安全地傳輸數(shù)據(jù)。

值得注意的是，第二代Versal Premium是業(yè)界首款在硬IP中提供集成PCIe完整性和數(shù)據(jù)加密（IDE）支持的FPGA器件。硬核DDR內(nèi)存控制器內(nèi)置的內(nèi)聯(lián)加密可助力保護(hù)靜態(tài)數(shù)據(jù)，而400G高速加密引擎則能幫助器件以最高2倍的線速率保護(hù)用戶數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更快速的安全數(shù)據(jù)事務(wù)。

據(jù)介紹，第二代AMD Versal Premium 系列開(kāi)發(fā)工具預(yù)計(jì)將于2025年第二季度提供，隨后于2026年初提供芯片樣片。預(yù)計(jì)將于2026年下半年開(kāi)始量產(chǎn)出貨。

適用應(yīng)用和用例

第二代AMD Versal Premium系列上述特性，使其非常適用于一些專屬應(yīng)用和用例：

擴(kuò)大數(shù)據(jù)中心的CXL范圍

由于采用了CXL 3.1和PCIe Gen 6，與CXL 2.0相比可實(shí)現(xiàn)帶寬翻倍，并且可與現(xiàn)有軟件集成，支持NUMA。在操作模式方面，支持CXL.io、CXL.mem和CXL.cache，既可以作為內(nèi)存控制器，也可以使用主機(jī)模式連接CXL擴(kuò)展模塊。在用例方面，第二代AMD Versal Premium系列還支持多主機(jī)單邏輯設(shè)備（MH-SLD）架構(gòu)和系統(tǒng)可組合性。

用于GPU集群和橫向擴(kuò)展

對(duì)于部署GPU集群的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口可能無(wú)法滿足這些場(chǎng)景下GPU的性能和靈活性需求。而第二代AMD Versal Premium可提供高帶寬和靈活性，能夠滿足這些應(yīng)用需求。

Mike強(qiáng)調(diào)，采用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的好處在于，Versal Premium系列包含非常快速的網(wǎng)絡(luò)接口，包括400G以太網(wǎng)接口。此外能夠?qū)嵤┓浅ｌ`活的內(nèi)存搬運(yùn)，包括支持RDMA。

測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域，推進(jìn)下一代協(xié)議

在測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域，行業(yè)對(duì)開(kāi)發(fā)PCIe Gen 7器件、下一代MIPI攝像機(jī)等測(cè)試儀非常關(guān)注，而這些應(yīng)用需要128 Gb/s的收發(fā)器。

Mike指出，這些應(yīng)用非常依賴芯片上的DSP引擎、內(nèi)存帶寬和其他接口能力。同時(shí)，開(kāi)發(fā)測(cè)試設(shè)備的企業(yè)，所支持的協(xié)議可能包括C-PHY和D-PHY，這也是第二代AMD Versal Premium系列所支持的。

與第一代Versal Premium采用7nm制程相比，第二代Versal Premium采用6nm制程。Manuel指出，隨著摩爾定律放緩，制程的重要性相對(duì)在減弱，更重要的是架構(gòu)設(shè)計(jì)。并且，關(guān)鍵問(wèn)題在于要選擇合適的計(jì)算引擎來(lái)針對(duì)具體的用例。Versal系列產(chǎn)品能夠非常精準(zhǔn)地針對(duì)一些關(guān)鍵應(yīng)用，確保通過(guò)最合適的算力、I/O以及內(nèi)存組合，來(lái)實(shí)現(xiàn)最高的性價(jià)比。