关于CAPI+FPGA PCIE加速卡的性能分析和介绍

关于CAPI+FPGAPCIE加速卡的性能分析和介绍SemptianNSA-120(Network&ServiceAccelerator)是一款基于最新20nm工艺的XILINXKintexUltraScaleFPGA的PCIE（支持IBMCAPI）板卡。支持强力涡轮风扇进行主动散热，对机箱电源、结构和散热无特殊要求。SemptianNSA-120主要用于大数据、云计算等互联网业务的计算加速，可广泛应用于大数据分析、图像识别和处理、视频编解码、压缩解压缩、语音识别和处理、神经网络、机器学习、网络安全等领域的计算加速。NSA-120加速卡基于XILINXKintexUltraScaleFPGA芯片，支持IBMCAPI架构，具备高性能、低功耗、低成本、可编程的特性。使用NSA-120加速卡，用户只需要在现有服务器环境下简单安装即可，无需服务器特别的结构、电源和散热支持。另外，NSA-120加速卡还支持XILINXOpenCL软件开发环境SDAccel，为软件工程师开发FPGA加速应用提供了可能。产品特性

硬件松耦合

无需额外机架空间，无需额外结构支持、无需额外散热支持、无需外接电源，对服务器的适应性强，安装简便，易于大规模部署。软件无感知

通过更新系统函数库Library，或者使用CAPI提供的内存访问一致性特性，应用软件只需要调用新函数并启用CAPI功能就能实现对原有算法的加速，软件架构无改动。高性能低功耗

相比软件实现方案，NSA-120加速性能有数倍甚至百倍的提升；NSA-120的功耗仅为15Watt~75Watt，每Watt功耗获得的性能优势明显，使得算法应用性价比、性能功耗比相较传统服务器CPU和GPU的处理有量级倍数的提升。灵活在线升级

加速卡可在线升级更新加速算法，且无需重启服务器，可灵活适应不同加速场景，具备通用性。软件化FPGA开发流程

支持XILINX最新的SDAccel开发环境（基于OpenCL、C和C++内核及库的开发环境，是面向系统和软件工程师的FPGA开发环境）,软件工程师也可以实现FPGA加速算法的开发。Semptian为AFU算法开发用户提供NPL基础开发平台，完成了底层硬件接口、外挂存储、状态监控、升级和加密等模块。一方面提高了板卡的可靠性；另一方面帮助AFU算法用户进行硬件无感知的开发，把开发投入集中在AFU加速算法的实现。产品规格规格内容

规格说明

尺寸

PCIE半高半长，只占用一个槽位

标准版：167.65mm*68.9mm?

高性能版，安装涡轮风扇，提升高性能版的散热能力

FPGA处理芯片

标准版：XCKU060，高性能版：XCKU115(封装兼容)

PCIE(CAPI)接口

PCIExpressGen3x8，支持IBMCAPI接口

存储

两条DDR31600SODIMM，容量为2x8GB，频率为800Mhz，容量向下兼容，位宽72bit(8bitECC)，总物理带宽为64bitx1600x2=204.8Gb/s

PCIE接口

PCIEx8Gen3，8lane，每条lane8Gb/s，最大物理带宽为64Gb/s，支持IBMCAPI接口

Flash

128MB容量的BPIFlash，用于支持FPGA的高速配置EEPROM

板载容量为2KbEEPROM，用于记录板卡序列号，MAC地址等板卡身份识别信息

Ethernet接口

支持10/40/100GE的以太网接口（NSA-120暂不支持，后续系列支持）

SATA接口

支持SATA3.0，最高速度达6Gb/s

加密

支持加密，板载两颗加密芯片，支持分别对AFU加速单元和SemptianNPL平台加密

电源

整板由PCIE插槽供电，无需外接电源，符合PCIE标准?

功耗

预估功耗约为60w，根据客户算法的复杂度和资源的占用情况有所变化，预估值是以较高资源占用计算得出

散热

支持强力涡轮风扇主动散热，对机箱散热无特殊要求其他特性规格内容>

规格说明

可靠安全性备份：?FPGA加载文件在Flash中进行备份，确保升级失败时仍然能够启动

加密：增加加密芯片，防止硬件和FPGA程序抄袭

可维护性支持FPGA内部实时温度和外部板级实时温度读取

支持整板电流、电压和功耗的实时读取

支持系统时钟频率可配置，以满足不同加速应用需要

支持通过FPGA配置外围器件（IIC、MDIO，SMBUS等）

支持FPGA内部业务通道和管理通道的详细统计信息读取

可测试性支持板卡动态响应稳定性压力测试

支持外挂DIMM稳定性压力测试，确保DIMM工作正常

支持PCIE带宽利用率测试

加载升级

FPGA加载采用MasterBPIConfigurationMode

加载完成时间要求，满足PCIE规范要求和CAPI接口要求

支持FPGA多版本加载，支持加载版本的Fallback、MultiBoot

支持通过PCIE对BPIFlash中的FPGA版本进行在线升级

支持分模块的部分加载，以保证能支持在线更新加速算法

典型应用

NSA-120的加速算法可以根据需要进行更换，应用场景广泛。数据中心、网络加速、大数据分析、高速计算等等，常见的一些加速应用场景如下：

大数据分析