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数据为中心的FPGA加速器技术

时间:2024-07-25      来源:网络搜集 关于我们 0

一、FPGA加速器

云、网、边协同的算力网络、在网计算的Dis-aggregation数据中心网络、以及异构计算系统总线中计算和网络协同和融合,提出了泛在网络加速器架构FIA。

资源层:包括FPGA和CPU等可编程资源,异构计算,软硬件协同的网络处理框架

功能层:可重构通用分组处理流水线RDP与可编程数据深度处理器PDP架构,包括基础库和架构

应用层:用户面功能UPF开发库和控制模型

解决算网融合下网络编程及性能扩展问题,为网络功能卸载、用户功能加速提供运行环境;赋能端/智能网卡、网/交换机、边/网关的功能,构成泛在的网络加速器服务。

1、寄存器级:FPGA OS及开发框架

针对网络协议栈卸载和应用加速,提出了泛在网络加速器抽象FPGA OS,支持用户面功能UPF运行Runtime。

泛在网络加速器抽象FPGA OS:提供了DMA、网络接口、数据缓存、控制总线等外围基本模块

用户面功能模块开发框架:提供关键字、时间戳、Buffer索引等Metadata信息,支持对报文内容的操作

Metadata:标识vNF,实现FPGA OS与UPF参数、中间结果交互。

为实现近数据计算提供计算、网络和存储等资源,将智能网卡功能加速从网络协议栈扩展到了特定的用户面功能。2、指令级:可编程数据深度处理器RMT+/P4

针对无状态和有状态的协议处理差异,协议无关的分组处理方式成为基础,设计了可编程的硬件处理逻辑RMT,支持在线功能重构,线速处理。

协议无关的解析引擎,包括TLV表示的协议状态转换表,关键字提取

查表匹配引擎,基于CAM的带掩码的查找

交叉开关,关键字等Metadata与ALU的通路

ALU,支持加、减、移位等基本运算

逆解析器,报文头选项的编辑,报文头与报文体的合并等

完全RMT模型实现,支持P4语言编程,支持在线功能重构,将FPGA抽象成P4执行器。3、模块级:控制和编排器

异构网络设备统一管理,支持端到端的管理

基于开源控制器,设计了软件定义可重构智能网卡、SDN交换机、超融合网关的统一的抽象层,支持软件定义可重构智能网卡、SDN交换机和网关统一管理,构成泛在的网络加速服务层

统一的设备状态数据库、网络拓扑显示界面

支持二层、三层路由转发,支持ACL,支持负载均衡等功能应用

多元网络功能统一调度,支持动态赋能

基于FAST的软硬件功能协同

RMT多级流水ALU处理

二、应用场景1、软件定义智能网卡原型

云数据中心应用种类繁多,针对云-端通信,适配了主流的网络传输层协议QUIC

面向云数据中心多租户应用,基于智能网卡原型,部署了k8s虚拟化环境,容器虚拟网络二层交换、三层转发功能

与系统协议栈、云计算平台等具有良好的兼容性

支持软件定义边界扩展到服务器第一跳

2、超融合安全网关

以自主可控高性能交换芯片为前端分流器,泛在网络加速器FPGA作为业务运行平台,支持网关功能加速

数据中心门户业务负载均衡、NAT等 

流量压缩解压缩、加解密、清洗等

应用防火墙等功能卸载

基于加速器FPGA开发框架对网关进行重构和功能扩展

基于加速器FPGA开发新型网关功能,如隐蔽信道检测、地址跳变等

与智能网卡共同支撑数据中心网络纵深安全

3、异构可重构计算架构

计算、加速、I/O基于敏捷交换解耦,易于资源扩展、统一管理、开发集成。

计算:轻量级虚拟化FAST UA;类Docker的虚拟化技术;支持自定义功能的卸载和负载均衡

加速:泛在网络加速器FPGA即服务;泛在网络加速器FPGA OS;加速与卸载等算力提升的重要手段

互连:低延迟时间触发通信

下载链接:国产FPGA研究框架

ASIC技术专题分析

《深入介绍FPGA》

《FPGA入门教程》

《异构计算芯片(ASIC/FPGA等)技术合集(1)》

1、FPGA入门教程.pdf

2、EDA技术与可编程AISC的设计实现.pdf

3、FPGA:芯片世界里,不走寻常路.PDF

4、FPGA基础知识.pdf

《异构计算芯片(ASIC/FPGA等)技术合集(2)》

1、赛灵思FPGA加速机器学习推理.pdf

2、Logos FPGA开发平台用户手册.pdf

3、Xilinx UltraScale业界首款ASIC级架构.pdf

4、先进封装技术:核电子学ASIC技术研讨会.pdf

5、高级ASIC芯片综合.pdf

2021中国智能网卡分享(上)

运营商智能网卡部署场景探索及思考.pdf 

DPU技术创新赋能5G与数据中心.pdf 

阿里高性能网络探索与实践(最终版).pdf 

异构高性能计算平台网络发展的趋势和挑战.pdf 

国产智能网卡在信创云场景的应用实践.pdf 

DPU驱动数据中心成为计算单元.pdf

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高性能计算云(HPC Cloud)白皮书

阿里云弹性高性能计算

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高性能深度学习计算框架

超级计算机研究报告

深度报告:GPU研究框架

基于CPU/GPU异构量子高性能计算    

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