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Programmierbare Logik

Xilinx erweitert ACAP-Portfolio mit »Versal Premium«

17. März 2020, 11:48 Uhr   |  Gerhard Stelzer

Xilinx erweitert ACAP-Portfolio mit »Versal Premium«
© Xilinx

Die Baureihe »Premium« ist eine der sechs Unterfamilien mit »Versal«-Architektur.

Zwei Linien mit jeweils drei Familien umfasst die Roadmap der neuesten Generation programmierbarer Logik »Versal«. Eine Linie zielt auf KI-Anwendungen, die andere auf Vernetzung. Bei letzterem folgt nun im Mid-range »Premium« auf das Low-End »Prime«.

Die im kalifornischen San Jose ansässige Xilinx baut ihr Produktportfolio der »Adaptive Compute Acceleration Platform« (ACAP) mit der neuen Bausteinfamilie »Versal Premium« aus. Der Hersteller von programmierbarer Logik hat damit seine dritte Familie des Versal ACAP Sortiments offiziell an den Start gebracht. Auf der Roadmap ist diese Mid-Range-Familie zwischen der »Prime Series« und der »HBM Series« parallel zu den drei Familien der »AI«-Reihe (Künstliche Intelligenz) angesiedelt.
Die Versal Premium Familie bietet nach Herstellerangaben hoch integrierte, vernetzte und leistungsoptimierte Kerne, sowie die industrieweit höchste Bandbreite und Compute-Dichte auf einer adaptierbaren Plattform. Versal Premium ist für Netzwerke mit hohem Bandbreitebedarf in thermisch anspruchsvollen und räumlich beengten Umgebungen ausgelegt. Sie zielt ab auf die Bedürfnisse der Cloud-Service Provider nach skalierbarer und adaptierbarer Beschleunigung von Applikationen.

Software-Programmierbarkeit und dynamisch konfigurierbare Hardware

Unter der Bezeichung »Versal« fasst Xilinx seine programmierbaren Logikbausteine der Adaptive Compute Acceleration Plattform (ACAP) zusammen, eine neue Kategorie von heterogenen Compute-Bausteinen. Auf der Basis eines 7-nm-Prozesses von TSMC gefertigt, kombiniert Versal Premium die Software-Programmierbarkeit mit dynamisch konfigurierbarer Hardware-Beschleunigung und vordefinierten Vernetzungs- und Sicherheitsfunktionen. Die Versal Premium Baureihe bietet einen dreifach höheren Durchsatz als die gegenwärtige FPGA-Generation (Virtex Ultrascale+ in 16 nm), sowie eingebaute Ethernet-, Interlaken- und Kryptographie-Engines, die die Realisierung schneller und sicherer Netzwerke ermöglichen. Die neue Serie verdoppelt die Compute-Dichte derzeit eingesetzter Mainstream-FPGAs und liefert die Adaptierbarkeit, um mit zunehmend diversen und sich weiter entwickelnden Cloud- und Netzwerk-Workloads Schritt zu halten.
»Die Versal Premium Serie hebt die ACAPs auf die nächsthöhere Ebene. Sie bedeutet einen Durchbruch bei der vernetzten Hard-IP Integration zur Entwicklung von Single-Chip 400-G- und 800-G-Lösungen«, erläutert Kirk Saban, Vice President Product und Platform Marketing bei Xilinx. »Mit der Ausrichtung auf Netzwerke und Cloud-Dienste der nächsten Generation bietet Versal Premium überlegene Bandbreite und Compute-Dichte auf einer skalierbaren Plattform, die von Hardware- und Software-Entwicklern für optimierte Beschleunigung bei reduzierten Gesamtkosten einfach programmierbar ist.«

Xilinx »Versal Premium« im Überblick

Roadmap der »Versal«-Familie bestehend aus zwei Linien zu je drei Unterfamilien: Mit der Premium Baureihe bringt Xilinx seine dritte Versal-Familie auf den Markt. Bislang gibt es AI Core aus der AI-Linie für KI-Anwendungen und die Einsteigerfamilie P
Die Versal-Familie bietet eine integrierte Hard- und Softwareprogrammierbarkeit.
Die Versal Premium Baureihe ist mit seinen leistungsfähigen Kommunikationsschnittstellen vor allem auf Vernetzungsanwendungen zugeschnitten.

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Arbeitspferd für Vernetzungsanwendungen

Die Versal Premium Serie basiert auf dem Grundprinzip der gegenwärtig lieferbaren Versal AI Core und Versal Prime ACAP-Serie. Neu und spezifisch für Versal Premium sind 112-Gbit/s PAM4-Transceiver, Vernetzungsoptionen mit mehreren Hundert Gbit/s für Ethernet und »Interlaken«, sowie High-Speed Kryptographie und PCIe Gen5 mit eingebauter DMA-, CCIX- und CXL-Unterstützung. Zusammen mit der Unified Software Platform »Vitis« und der Design Suite »Vivado« bietet die Versal Premium Serie Hardware- und Software-Entwicklern einen vollständige Stacks verschiedener Kommunikationsstandards.
Das stark steigende Datenaufkommen durch die Einführung der 5G-Netze treibt die Nachfrage nach leistungsoptimiertem Durchsatz und höherer Compute-Dichte innerhalb existierender PCB-Flächenvorgaben und Leistungsvorgaben. Die neue Versal Premium Serie adressiert diese Herausforderungen durch adaptierbare serielle Bandbreiten bis herauf zu 9 Tbit/s. Dies wird erreicht durch die Verwendung von 112-Git/s-PAM4-Transceivern und integrierten Vernetzungsfunktionen für Kern- und Metronetze sowie Rechenzentren. Dabei verdoppelt sich die Bandbreite pro Port bei um 50 Prozent reduzierten Latenzzeiten. Die vorkonfigurierten Vernetzungsfunktionen ermöglichen sichere Multi-Terabit-Ethernet-Verbindungen mit der Flexibilität zur Unterstützung einer Vielzahl von Datenraten und Protokollen. »Channelized« Ethernet-Kerne liefern bis zu 5 Tbit/s an Durchsatz bei minimiertem PCB-Flächenbedarf, und die High-Speed Kryptographie-Engines bieten bis zu 1,6 Tbit/s Durchsatz an verschlüsselten Daten, bei Unterstützung der Verfahren AES-GCM-256/128, MACsec und IPsec.

Kundenspezifisch konfigurierbare Speicherhierarchie

Die Versal Premium Serie ist so ausgelegt, dass sie so genannten Hyperscale-Providern den höchsten Grad an Beschleunigung über einen breiten Bereich von Data Center Workloads ermöglicht. Ihre On-chip-Speicherbandbreite von 120 TByte/s reduziert in Verbindung mit kundenspezifizierbarer Speicherhierarchie den Datenfluss, um typische Engpässe zu vermeiden, wobei vorkonfigurierte Vernetzungsfunktionen und Kerne eine einfache Integration in existierende Cloud-Infrastrukturen erlauben. Für Einsatzbereiche wie Genomanalytik, Analytik und Video Transcoding bis zur KI-Inferenz in der Sprach- und Bilderkennung bietet Versal Premium eine hoch integrierte, leistungs- und Cloud-fähige Plattform.
Die Versal Premium Serie wird im ersten Halbjahr 2021 in Sample-Stückzahlen für Kunden des Early Access Programms lieferbar sein. Die Dokumentation ist bereits verfügbar, so dass die Anwender ihre Prototypentwicklung mit dem Versal Prime Evaluation Kit beginnen können. Die Versal Prime Bausteine implementieren viele der Versal Premium Architekturblöcke, was die Pin-Migration auf Versal Premium erleichtert.

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