FPGA 기반 가속 보드에 대한 업계 수요를 해결하는 Hitek Systems

요약

현재는 업계 최고 성능의 7nm FPGA¹로 널리 인정받고 있는 인텔® Agilex™ FPGA 제품군이 2019년에 출시된 이후, Hitek Systems는 자체 고성능 가속기(HiPrAcc™) 라인에 인텔 Agilex FPGA를 통합하기 위해 노력했습니다. 보드 설계 및 개발 흐름 현황을 평가한 결과, Hitek Systems는 개발 흐름을 표준화하여 재사용을 극대화하고 시장 출시 시간을 단축하면 FPGA 기반 가속기에 대한 증가하는 수요를 더 잘 포착할 수 있다고 결론지었습니다.

이를 위해 Hitek Systems는 오픈 소스 Open FPGA Stack(OFS) 하드웨어 및 소프트웨어 인프라를 통합했습니다. 오픈 소스 기술 문서와 함께 기본 OFS 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소를 사용함으로써 개발 흐름을 간소화하고 PCIe 가속기 제품군 전반에서 재사용 및 이식성을 높이는 데 도움이 되었습니다.

Hitek Systems는 OFS 인프라를 사용하여 현재 두 가지 인텔 Agilex 7 FPGA 기반 가속기 플랫폼을 제공하고 있으며, 2023년과 2024년에 더 많은 가속기 플랫폼을 출시할 예정입니다.

배경 및 과제

Hitek Systems는 메릴랜드 저먼타운에 본사를 두었으며 하이엔드 첨단 FPGA 기반 보드 및 개발 플랫폼, 네트워킹 및 순방향 오류 정정(FEC) 지적 재산권(IP) 코어, FPGA 펌웨어, FPGA 설계 서비스, 장치 드라이버, 응용 프로그램 프로그래밍 인터페이스(API) 전문 기업입니다. Hitek Systems는 모든 것을 자체 개발하여 맞춤형 보드 개발의 시장 출시 기간을 단축하도록 유연한 비즈니스 모델을 활용할 수 있습니다.

인텔은 2019년에 인텔 Agilex FPGA 제품군을 선보였습니다. 그 이후로 인텔 Agilex FPGA 제품군은 다양한 응용 분야에서 저전력 및 로직 밀도를 포함하도록 확장되어 왔습니다. 인텔 Agilex 7 FPGA 시리즈는 업계 최고 성능의 FPGA를 통합하여 경쟁사의 7nm FPGA보다 약 2배 더 나은 와트당 패브릭 성능¹을 제공합니다. 인텔 Agilex 7 FPGA 및 SoC FPGA는 현재 F, I, M-시리즈에서 사용할 수 있으며, 각 시리즈는 다양한 대역폭 집약적, 컴퓨팅 집약적, 메모리 집약적 응용 분야를 대상으로 합니다.

2023년에 인텔 Agilex FPGA 제품군은 여전히 업계 최고의 성능을 제공하고 있으며, 선도적인 성능과 전원 효율성을 통해 FPGA 업계의 핵심으로 자리 잡았습니다. 따라서 인텔 Agilex FPGA 기반 가속 카드, 특히 oneAPI로 고수준 개발 흐름을 지원하는 가속 카드에 대한 최종 사용자 수요는 최근에야 증가하기 시작했습니다.

그러나 특히 고성능 FPGA가 PCIe 카드 성능의 한계를 끌어올리고 있는 상황에서 맞춤형 FPGA 기반 보드를 처음부터 개발하는 것은 복잡하고 시간이 매우 오래 걸립니다. 또한, 기존 FPGA 설계를 다른 공급업체 FPGA 또는 다른 모델 FPGA로 포팅하는 작업도 어렵기로 악명 높은데, 이는 제조업체와 FPGA 제품군마다 공급업체 IP, 도구, 라이브러리, 내장 하드웨어(예: 이중 데이터 전송률(DDR), 디지털 신호 처리(DSP), I/O)가 다르기 때문입니다.

재사용 가능하고 표준화된 인프라가 없는 경우 여러 맞춤형 보드를 위해 여러 보드 지원 패키지(BSP)를 별도로 구축, 개발, 유지해야 합니다. 각 FPGA 카드에는 맞춤형 API와 소프트웨어 도구도 필요하므로 FPGA 제품군 및 도구 버전 전체를 관리하고 유지하기가 어렵습니다. 서로 다른 API, 도구, 버전 관리를 사용하는 이 다양한 카드는 또한 고수준 고객 지원을 요구합니다.

최신이자 최고 성능의 FPGA 기술을 활용하고, 시장의 수요를 맞추며, 솔루션을 더 빨리 시장에 출시하기 위해 Hitek Systems는 보드 포트폴리오에 표준화된 통합 접근 방식을 채택해야 함을 깨달았습니다.

솔루션

FPGA 보드 및 워크로드 공급업체가 솔루션을 확장하고 더 빨리 시장에 출시하도록 지원하기 위해 인텔은 인텔 Agilex FPGA 기반 개발의 핵심 기반 도구인 OFS 인프라를 개발하고 오픈 소스화해 왔습니다. OFS는 오픈 소스 GitHub 리포지토리에서 FPGA 기반 개발을 시작하는 데 필요한 모든 하드웨어 및 소프트웨어 소스 코드, 문서, 참조 예제, 도구를 제공합니다. 이 참조 인프라는 보드 개발자가 수정하거나 활용할 수 있는 모든 필수 구성 요소가 통합되어 있습니다.

OFS 인프라는 Hitek Systems HiPrAcc 보드 제품군 전반에 BSP를 구축하고 유지 관리하기 위한 통합 접근 방식을 제공합니다. 이 인프라는 일반적으로 '셸'이라고 하는 FPGA 인터페이스 관리자(FIM)와 워크로드 개발용으로 지정된 영역인 가속기 기능 장치(AFU) 영역으로 구성됩니다. 보드 또는 FIM 개발자가 OFS를 사용하면 오픈 소스 인프라 또는 기본 FIM을 활용하여 대상 응용 분야 또는 산업에 따라 보드에 적합한 맞춤형 FIM을 신속하게 개발할 수 있습니다. 마찬가지로 OFS에는 개발자가 업스트림 및 오픈 소스 커널 드라이버를 활용하여 공통 프레임워크로의 통합을 가속할 수 있는 오픈 소스 소프트웨어 프레임워크가 포함되어 있습니다. OFS는 부분 재구성, oneAPI와 같은 고수준 개발 흐름, 표준 Arm AMBA* 및 AXI 인터페이스 등의 다른 기능도 제공합니다. 보드 개발자는 OFS를 통해 균일한 AFU 인터페이스를 진행할 수 있으므로, 고객사의 고객인 AFU 개발자가 다양한 FPGA 보드 전반에서 IP 투자를 활용할 수 있습니다.

Hitek Systems는 OFS 인프라 및 개발 흐름을 채택하고 제공된 기본 FIM을 활용함으로써 FPGA 제품군 및 도구 흐름 전반에서 표준화와 이식성을 향상합니다. 따라서 플랫폼 전반에서 더 많은 재사용을 통해 BSP를 신속하게 개발하며, 고객에게 균일하고 예측 가능한 AFU 설계 경험을 제공할 수 있습니다.

결과

Hitek Systems는 네트워킹, 컴퓨팅 및 온카드 스토리지 응용 분야를 대상으로 하는 인텔 Agilex 7 FPGA를 기반으로 고성능 가속기인 HiPrAcc 제품군을 출시하였거나 개발하고 있습니다. 이러한 카드는 Low Profile(HHHL-SS), Full Height(FHHL-SS), GPU Profile(FH¾L-DS) 등 다양한 PCIe 기반 폼 팩터로 제공됩니다. GPU Profile 카드는 NVIDIA GPU를 지원하는 모든 서버에 장착되도록 설계되었습니다.

Hitek Systems는 또한 R-타일 및 F-타일이 탑재된 인텔 Agilex 7 FPGA F-시리즈 및 I-시리즈를 활용하여 두 가지 HiPrAcc PCIe 카드를 추가로 개발하고 있습니다. 해당 추가 보드는 2023년 말에 생산을 시작할 예정입니다.

Open FPGA Stack을 사용하여 FPGA 가속을 시작하는 방법

FPGA 개발자는 Hitek Systems의 HiPrAcc NC100 또는 HiPrAcc NCS200 OFS 지원 보드 중에서 선택하고 오픈 소스 문서와 소스 코드를 사용하여 맞춤형 워크로드 구축을 시작할 수 있습니다.
다음 표는 개발자가 Hitek Systems 가속 보드를 사용하여 FPGA 기반 워크로드 개발을 시작하는 방법을 간략하게 설명합니다.