在2020年10月,英特爾發表代號為Lightning Creek的FPGA加速卡產品,名為FPGA SmartNIC N5000系列,隔年3月,他們預告將在8月舉行的英特爾架構日,發表這類解決方案的加速開發平臺(ADP):代號為Arrow Creek的N6000-PL,並且有兩款產品實作這套平臺,隨後會在2022年2月舉行的世界行動通訊大會(MWC)展示。我們現在所要介紹的Silicom FPGA SmartNIC N6010系列,正是其中一款基於此平臺而成的產品,而在2021年12月,Silicom公司也正式宣布推出這款加速卡。
事實上,英特爾在2021年3月初步公開N6000-PL平臺的消息時,特別提到,這是立足於FPGA PAC N3000的基礎而發展的SmartNIC,可提供更強大的效能,當中將採用2019年4月推出的10奈米製程Intel Agilex FPGA晶片、具有2個100GbE埠的傳輸能力,還可選配網路控制器晶片Intel Ethernet Controller E810。
至於Silicom FPGA SmartNIC N6010系列,英特爾表示,這套PCIe介面卡形式的硬體加速平臺,可用於4G與5G行動網路的基頻單元(BU),以及分散式單元(DU),若需要更多涉及網路介面的處理能力,可選購額外配備Intel Ethernet Controller E810的機型N6011。
之所以提供ADP平臺,英特爾也提出解釋。他們表示,是為了推動以生態系統為中心的新戰略,所以,將參考平臺與相關的組建模塊提供給合作夥伴,協助他們快速開發可滿足生產環境運作需求、且能夠部署的產品,而能提供給終端用戶。一般而言,ADP建構模塊包含工作板等級的硬體設計、軟體、驅動程式,而能使用英特爾提供的技術堆疊架構Open FPGA Stack(Intel OFS),以及技術設計支援。
到了8月英特爾架構日,該公司也在介紹IPU最新進展時,談到Arrow Creek,也就是N6000,當中進一步提到更多特色與規格。
從主要功能而言,用戶可在此自定封包處理方式,可涵蓋網路橋接與多種網路服務等用途;能經由Intel OFS與DPDK等軟體支援,實現可程式化;能運用安全的方式遠端更新PCIe介面卡上的FPGA晶片與韌體;而且,它也內建信任根。
以硬體設計而言,英特爾也特別透過圖解方式呈現N6000的組態配置,例如,外形為全高半長的PCIe介面卡、採用被動散熱(無風扇);連接在電腦或伺服器的I/O介面,為PCIe 4.0 x16;有2個100GbE網路埠、接頭為QSFP56;提供16GB的DDR4記憶體與FPGA晶片搭配,以及1GB的DDR4記憶體與FPGA晶片內建的處理器搭配;同時,這裡也配備了Intel Max系列FPGA晶片,還提供精準計時機制。
同時,英特爾也強調此平臺可支援多種IT基礎架構工作負載,例如開放式虛擬交換器(OVS)、使用IPv6的分段路由(Segment Routing with IPv6 Data Plane,SRv6)、虛擬防火牆(vFW)、Juniper軟體定義網路Contrail,能夠協助通訊服務業者(Communication Service Providers,CoSPs)加速其特有的工作負載。
而在2021年12月,Silicom正式發表FPGA SmartNIC N6010與N6011,當中提到這款產品可用於開放性無線存取網路(Open Radio Access Network,簡稱為Open RAN或O-RAN)的兩種前傳同步部署組態,也就是低層功能分割(Lower Layer Split,LLS)的C1與C2等兩種拓樸架構,而能在3GPP標準針對通用公共無線介面(CPRI)的功能分割第6部分,或是針對強化型通用公共無線介面(eCPRI)的功能分割第7.2個部分,支援4G與5G網路IP協定堆疊介面。
關於這款產品適合的應用場景,該公司列出不少選項,例如,4G與5G無線寬頻網路的vRAN加速、網路功能虛擬化(NFV)、多重存取邊緣運算(Multi-Access Edge Computing,MEC),也能用於視訊轉碼、網路安全、高效能運算,以及財務分析等領域。
今年2月MWC大會舉行期間,英特爾與Silicom展出FPGA SmartNIC N6010與N6011,再度強調此系列產品因為搭配Intel Agilex FPGA晶片而來的硬體可程式化特性,能夠使O-RAN的分散式單元具備更強大的效能,而N6011也因配備IntelEthernet Controller E810,而增進了這款SmartNIC產品的乙太網路傳輸處理效能。
基於這樣的設計,能夠在O-RAN架構當中,作為網路實體層(Layer 1)處理的卸載引擎,並在O-RAN的LLS-C1與LLS-C2這兩種前傳同步組態運作,同時提供進階的時間同步處理機制。
在個別晶片的效能表現上,英特爾也特別提出數據,突顯Intel Agilex FPGA的兩大特色。相較於其他7奈米製程FPGA晶片,Intel Agilex FPGA可提供2倍的每瓦交織網路效能(Fabric Performance per Watt),而在5G無線電單元(O-RAN RU)的功能執行速度,可以快上15%到20%。
除了產品定位與功能,Silicom公司也公布多份文件,介紹FPGA SmartNIC N6010與N6011的硬體規格特色。
就FPGA晶片而言,這系列產品使用的是Intel AgileX F系列的014機型(AGF014),裡面嵌入由4顆Arm Cortex-A53組成的硬體處理器系統(HPS),以及140萬個可程式化邏輯元件交織網路。
而在網路介面的部分,這裡透過2個QSFP28埠提供乙太網路,或是兼容乙太網路與CPRI的介面──能以4個25Gb/s的eCPRI/CPRI模組對應4個100 MHz的電信業者無線電單元,也能以10/25Gb/s的QSFP28埠介接主時鐘(Grand master)。
在記憶體的配置上,從Silicom公布的組成架構圖解上,我們可以看到FPGA晶片使用了4個通道,連接2個支援ECC驗證的4 GB記憶體,以及2個無ECC驗證的4 GB記憶體,而在FPGA晶片本身的HPS系統的部分,有一條獨立通道連接支援ECC驗證的1GB記憶體。
產品資訊
Silicom FPGA SmartNIC N6010系列
●原廠:Silicom
●建議售價:廠商未提供
●外形:全高半長介面卡
●處理器:Intel Agilex AGF014
●網路介面:Intel Ethernet E810-CAM2(N6011提供)
●記憶體:2支8 GB DDR4、1支1GB DDR4
●I/O介面:PCIe 4.0 x16
●傳輸介面:2個QSFP28/56埠(可支援100GbE)
●熱設計功耗:75瓦到125瓦
【註:規格與價格由廠商提供,因時有異動,正確資訊請洽廠商】
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