Hitek Systems が FPGA ベースのアクセラレーション・ボードに対する業界の需要に対応

エグゼクティブ・サマリー

2019年に業界で最も高性能な 7nm FPGA¹ として広く認められているIntel Agilex® FPGA ファミリーが発売された後、Hitek Systems はIntel Agilex® FPGA を同社のハイパフォーマンス・アクセラレーター (HiPrAcc™) ラインに統合してきました。Hitek Systems は、現行のボード設計と開発フローを評価した後、開発フローを標準化し、最大限に再利用して市場投入までの時間を短縮することで FPGA ベースのアクセラレーターに対する需要の高まりをより的確に掴めると結論づけました。

Hitek Systems はそのために、オープンソースのオープン FPGA スタック (OFS) のハードウェアおよびソフトウェア・インフラストラクチャーの統合を行いました。基盤となる OFS のハードウェアおよびソフトウェアの使用は、オープンソースの技術文書と共に、開発フローを容易にし、PCIe アクセラレーター・ファミリー全体で再利用と移植性を向上させました。

OFS インフラストラクチャーの使用を通じて、Hitek Systems は現在、2 つのIntel Agilex® 7 FPGA 搭載アクセラレーター・プラットフォームを提供しており、2023年と 2024年にはさらに多くのプラットフォームを出す予定です。

背景と課題

Hitek Systems は、ハイエンドの最先端 FPGA 搭載ボードおよび開発プラットフォーム、ネットワークおよび前方誤り訂正 (FEC) IP コア、FPGA ファームウェア、FPGA デザインサービス、デバイス・ドライバー、アプリケーション・プログラミング・インターフェイス (API) を専門とする、メリーランド州ジャーマンタウンの会社です。Hitek Systems はすべてを社内で開発しており、カスタムボード開発のための市場投入までの時間短縮に活用できる柔軟なビジネスモデルを実現しています。

インテルは 2019年にIntel Agilex® FPGA ファミリーを発売しました。それ以来、Intel Agilex® FPGA ファミリーは、さまざまなアプリケーションにおける低出力から高出力まで、またロジック密度が低いものから高いものまで含むように拡大しています。Intel Agilex® 7 FPGA シリーズは、業界で最高レベルの高性能FPGA で、競合する 7nm FPGA よりもワット当たりのファブリック・パフォーマンスが約 2倍向上しています¹。Intel Agilex® 7 FPGA および SoC FPGA は現在、F、I、M シリーズで提供されており、それぞれ帯域幅集約型、コンピューティング集約型、およびメモリー集約型の幅広いアプリケーションを対象としています。

2023年現在も、Intel Agilex® FPGA ファミリーは業界で最も高いパフォーマンスを提供しており、パフォーマンスと電力効率をリードする FPGA 業界の定番となっています。その結果、Intel Agilex® FPGA 搭載アクセラレーション・カード、特に oneAPI を使用した高レベルの開発フローを可能にするカードへのエンドユーザーの需要は、最近ますます増加しています。

しかし、カスタム FPGA 搭載ボードをゼロから開発することは、特にハイパフォーマンスの FPGA が PCIe カードのパフォーマンスの限界を押し上げているため、複雑で非常に時間がかかります。さらに、既存の FPGA 設計をさまざまなベンダーまたはモデルの FPGA に移植することは、異なるベンダー IP、ツール、ライブラリー、およびダブル・データ・レート (DDR)、デジタル信号処理 (DSP) および I/O などのメーカーや FPGA ファミリーによって異なる内蔵ハードウェアにより、非常に困難な作業となります。

再利用可能で標準化されたインフラストラクチャーがなければ、複数のカスタムボードに複数のボード・サポート・パッケージ (BSP) を別途構築、開発、維持する必要があります。またカスタム API とソフトウェア・ツールが各 FPGA カードに必要であり、FPGA ファミリーおよびツールのバージョン間での維持管理が困難です。異なる API、ツール、バージョンを適用したこの一連のカードには、高いレベルのカスタマー・サポートも必要になります。

最新かつ最高のパフォーマンスを持つ FPGA テクノロジーを活用し、こうした市場の需要を満たし、ソリューションをいち早く市場に投入するため、Hitek Systems は、ボード・ポートフォリオに標準化された統一アプローチを採用する必要性を見出しました。

ソリューション

FPGA ボードおよびワークロード・ベンダーがスケールし、ソリューションを市場にいち早く投入できるよう支援するために、インテルはIntel Agilex® FPGA ベースの開発向けの重要な基本ツールである OFS インフラストラクチャーをオープンソース化しました。OFS は、オープンソースの GitHub リポジトリーで FPGA ベースの開発をすぐに開始するために必要なすべてのハードウェアおよびソフトウェアのソースコード、ドキュメント、リファレンス例、ツールを提供します。このリファレンス・インフラストラクチャーには、ボード開発者が変更または活用できる必要なコンポーネントがすべて組み込まれています。

OFS インフラストラクチャーは、Hitek Systems の HiPrACC ボード・ファミリー全体の BSP 構築および維持のための統一されたアプローチを提供します。このインフラストラクチャーは、一般に「シェル」と呼ばれる FPGA インターフェイス・マネージャー (FIM) と、ワークロード開発用の指定されたリージョンであるアクセラレーター機能ユニット (AFU) 領域で構成されています。OFS を使用することで、ボードまたは FIM 開発者は、オープンソースのインフラストラクチャーまたはベースの FIM を活用して、ターゲットとなるアプリケーションまたは業界に基づいてボード用に調整されたカスタム FIM を迅速に開発することができます。同様に、OFS はオープンソースのソフトウェア・フレームワークを内蔵し、開発者はアップストリームおよびオープンソースのカーネル・ドライバーを活用して、一般的なフレームワークへの統合を高速化できます。OFS は、部分的な再構成、oneAPI などの高レベルの開発フロー、標準 Arm AMBA* および AXI インターフェイスなどのその他の機能を提供します。OFS により、ボード開発者は統一された AFU インターフェイスを転送でき、それによってAFU 開発者である顧客がさまざまな FPGA ボード全体で IP 投資を活用できるようになります。

Hitek Systems は、OFS インフラストラクチャーおよび開発フローを採用し、提供されたベース FIM を活用することによって、FPGA ファミリー全体で標準化と移植性が高まることを発見しました。これにより、プラットフォーム全体での再利用の増加でより迅速な BSP の開発が可能になり、顧客に対して統一された予測可能な AFU の設計体験を提供できます。

検索結果

Hitek Systems は、Intel Agilex® 7 FPGA を搭載し、ネットワーク、コンピューティング、オンカードのストレージ・アプリケーションをターゲットとするハイパフォーマンス・アクセラレーター、HiPrAcc を出荷および開発しています。これらのカードは、ロープロファイル (HHHL-SS)、フルハイト (FHHL-SS)、および GPU プロファイル (FH¾L-DS) など、さまざまな PCIe ベースのフォームファクターで利用できます。GPU プロファイル・カードは、NVIDIA GPU をサポートするあらゆるサーバーに挿入するように設計されています。

また Hitek Systems は、Intel Agilex® 7 FPGA F シリーズおよび I シリーズ (R & F タイル) を使用した 2 つの HiPrAcc PCIe カードを開発しています。これらの追加のボードは 2023年末までに生産を開始します。

オープン FPGA スタックを使用した FPGA アクセラレーションの開始方法

FPGA 開発者は、Hitek Systems の HiPrACC NC100 または HiPrAcc NCS200 OSF 対応ボードを選択し、オープンソースのドキュメントとソースコードを使用して、カスタム・ワークロードの構築を開始できます。
次の表は、開発者が FPGA ベースのワークロード開発を Hitek Systems アクセラレーション・ボードを使用してどのように始められるか、その概要を説明しています。