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摘要

隨著越來(lái)越多的設(shè)備旨在解決現(xiàn)代算法加速工作負(fù)荷，高帶寬數(shù)據(jù)流必須能夠有效地移動(dòng)到高速界面和整個(gè)設(shè)備之間。Achronix的Speedster7t獨(dú)立FPGA芯片可以集成新的、高度創(chuàng)新的二維芯片上網(wǎng)(2D NoC）處理這些高帶寬數(shù)據(jù)流。Achronix的FPGA中特有的2D NoC實(shí)現(xiàn)編程邏輯資源實(shí)現(xiàn)2是一種創(chuàng)新D NoC與傳統(tǒng)方法相比，有哪些創(chuàng)新和價(jià)值？本白皮書討論了這兩種實(shí)現(xiàn)D NoC該方法為展示和軟2提供了示例設(shè)計(jì)D NoC實(shí)現(xiàn)相比，Achronix 2D NoC如何提高性能，減少面積，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

介紹

Achronix為其Speedster7t系列FPGA通過(guò)集成創(chuàng)新，完全重新設(shè)計(jì)了片上通信架構(gòu)D NoC適應(yīng)高帶寬數(shù)據(jù)流的需要。在該FPGA設(shè)備外圍，這2D NoC連接到所有高速接口，包括多個(gè)400G以太網(wǎng)、PCIe Gen5、GDDR6和DDR4/5端口。在該FPGA在可編程邏輯陣列上部署了一系列高速行和列通道，分別向FPGA網(wǎng)絡(luò)流量分布在可編程邏輯陣列的水平和垂直方向上。除了這些行和列，在NoC每一行和每一列交叉的位置以及發(fā)送點(diǎn)和目標(biāo)NoC訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（NAP）。這些NAP充當(dāng)NoC資源或目的地位于可編程邏輯陣列中。

為了將Achronix FPGA中內(nèi)置的2D NoC，可編程邏輯陣列中使用傳統(tǒng)方法創(chuàng)建的NoC為此，我們?cè)u(píng)估了幾種軟件NoC設(shè)計(jì)；最后，基于同行評(píng)審和FPGA可移植結(jié)構(gòu)，我們選擇了米蘭理工學(xué)院的軟2D NoC（https://github.com/agalimberti/NoCRouter，2017）設(shè)計(jì)。這種軟NoC單向網(wǎng)絡(luò)（mesh）蟲洞前瞻性預(yù)測(cè)切換已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。這種軟NoC單向網(wǎng)絡(luò)（mesh）蟲洞預(yù)測(cè)切換已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)施過(guò)程中，它需要每一個(gè)mesh存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)流控制單元節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)存儲(chǔ)器（flit）。

量化片上2D NoC實(shí)現(xiàn)模式與使用邏輯陣列資源的軟實(shí)現(xiàn)模式之間的差異首先創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)例AlexNet 2D卷積的19個(gè)實(shí)例設(shè)計(jì)，然后在完整的2個(gè)D NoC設(shè)計(jì)比較了三個(gè)主要指標(biāo)：所需資源和設(shè)計(jì)性能Jorjin代理以及設(shè)計(jì)時(shí)間建設(shè)計(jì)時(shí)間和在工具中編譯設(shè)計(jì)時(shí)間）。結(jié)果是在所有三種情況下集成Achronix 2D NoC性能明顯優(yōu)于軟實(shí)現(xiàn)。

2D NoC減少資源的使用

為了比較兩種不同的2種D NoC設(shè)計(jì)，兩種2D NoC都與現(xiàn)有的2D卷積（conv2d）結(jié)合設(shè)計(jì)。conv2d設(shè)計(jì)執(zhí)行輸入圖像AlexNet 2D卷積。此conv2d設(shè)計(jì)需要一兩個(gè)AXI-4連接:一個(gè)用于讀取內(nèi)存，一個(gè)用于寫入內(nèi)存或共享AXI-四執(zhí)行讀寫。實(shí)現(xiàn)和軟NoC選擇單個(gè)共享的最佳集成AXI-4接口，conv2d每個(gè)模塊的例子mesh節(jié)點(diǎn)。然后，軟NoC啟用了GDDR存儲(chǔ)接口的數(shù)據(jù)入口和出口-軟NoC中間，內(nèi)存接口連接到第20個(gè)mesh節(jié)點(diǎn)；內(nèi)置式NoC這種連接已經(jīng)存在于中間。從GDDR6到每個(gè)conv2d從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)都有節(jié)點(diǎn)通信，但是conv2d節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有通信。

Achronix 2D NoC的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

該設(shè)計(jì)有19個(gè)conv2d訪問(wèn)模塊實(shí)例，訪問(wèn)每個(gè)實(shí)例GDDR6存儲(chǔ)器。第20個(gè)例子是空閑的，因?yàn)镚DDR6接口直接連接到集成2D NoC。80個(gè)可用的NoC接入點(diǎn)（NAP）其中38個(gè)用于連接conv2d實(shí)例。每個(gè)conv2d實(shí)例使用64臺(tái)機(jī)器學(xué)習(xí)處理器（MLP），它在垂直方向上覆蓋兩個(gè)NAP。因?yàn)檫@個(gè)部署是針對(duì)內(nèi)置2的D NoC，所以采用雙AXI-4方法連接conv2d模塊。下表列出了本設(shè)計(jì)中使用的資源。

表1 Achronix 2D NoC使用的資源

圖5 Achronix的2D NoC和NAP

軟2D NoC使用五路交叉開關(guān)（crossbar switch），一個(gè)端口和本地conv2d實(shí)例通信，其他端口與網(wǎng)格中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信。節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)連接的頻率為82 MHz，從而在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上形成最高的21 Gbps的GDDR6接口帶寬。下面的框圖顯示了軟2D NoC mesh中間的交叉開關(guān)。