現代の高性能FPGAベースシステムでは、高速接続インターフェースの選択が最適なパフォーマンスを実現するための重要な要素となります。これらのインターフェースは、最大のデータスループット、超低レイテンシ、効率的なリソース利用、そしてFPGAファブリックとのシームレスな統合をサポートする必要があります。AIや機械学習のワークロードの高速化から、データセンターにおける高帯域幅ネットワークの実現まで、堅牢で汎用性の高い接続ソリューションに対する需要は高まり続けています。
iG-G64M Speedster7t FPGAベースのシステムオンモジュール（SoM）は、PCIe Gen 5インターフェース、200G、400G、そして将来的には800Gイーサネットインターフェースに加え、2D NoCによる高帯域幅内部ファブリックなど、様々な機能を提供します。これにより、ルーティングの混雑が軽減され、内部相互接続のレイテンシが短縮されます。PCIe Gen 5、超高速イーサネット、そして2D NOCの組み合わせにより、高速設計で一般的に見られるタイミングクロージャという重要な課題を解決します。詳細および主な機能については、こちらをご覧ください。
この記事では、これらの主要な各要素を詳細に検討し、高速で高効率な FPGA ソリューションを求める設計者に包括的な視点を提供します。
PCIe Gen5
その スピードスター7t SoM PCI Express Gen5を搭載し、レーンあたり最大32GT/sのデータレートを実現します。最大16レーンをサポートし、AIアクセラレーション、HPC、高速ネットワークなどの高性能アプリケーション向けに、最大512Gbpsの大規模な総帯域幅を提供します。
PCIe エンドポイントは FPGA のネットワーク オン チップ (NoC) に直接接続され、高速で低レイテンシのデータ転送を可能にして、高スループットの PCIe トラフィックが FPGA ファブリック内のメモリ コントローラ、イーサネット インターフェイス、またはカスタム アクセラレータにシームレスに分散されることを保証します。
主な特長：
- x1、x4、x8、x16 およびスケーラブルなレーン構成をサポートし、さまざまなアプリケーションに柔軟に対応します。
- PCIe Gen4、Gen3、Gen2との完全な下位互換性
- 統合された PCIe ハード IP ブロックは DMA 転送を最適化し、レイテンシを削減して CPU リソースの負荷を軽減します。
- 低レイテンシ、高スループット操作に最適化
200G/400G/800G高速イーサネット
その スピードスター7t SoM 卓越した高速イーサネット性能を提供し、各ハードコントローラで最大400Gbps、潜在的には最大800Gbpsの速度を実現します。4つのNAPがそれぞれ100Gbpsの速度で並列動作することで、このプラットフォームは大規模な並列データ処理を可能にし、統合NoCアーキテクチャの性能を最大限に活用します。
さらに、Speedster7t には 2 つの高性能イーサネット コントローラが搭載されており、それぞれ最大 8 レーンをサポートし、最大リンク速度で動作できるため、最大 800Gbps のスループットと比類のないスケーラビリティを実現します。
イーサネット アーキテクチャと統合:
イーサネット サブシステムは、パケット ジェネレーターとチェッカー ロジックを使用して検証されており、その後、アプリケーション固有の機能のためにユーザー定義のロジックと統合できます。
このブロック図は、ファブリック内に実装されたパケット ジェネレーターとチェッカー ロジックが、ネットワーク アクセス ポイント (NAP0 ～ NAPn) を使用してネットワーク オン チップ (NoC) を介してイーサネット サブシステムとインターフェイスする方法を示しています。
主な特長：
- 200G/400G/800Gサポート
- スケーラブルなマルチレーンイーサネットリンク
- 各 NAP は直接の NoC アクセスを提供し、FPGA 処理パイプラインとの高性能な相互接続を可能にし、複数の NAP 間での並列パケット フローと負荷分散をサポートしてスループットを最適化します。
この詳細なデモンストレーションビデオでは、このSOMに付属する標準開発キットを使用して、PCIeおよびイーサネットインターフェースのテストを行う方法を説明しています。
結論
iG-RainboW-G64M Speedster7t FPGA ベース SoM 次世代コンピューティングおよびネットワークアプリケーション向けの高速接続を再定義します。PCIe Gen5と200G/400G/800Gイーサネットインターフェースの強力な統合と、Achronixの高度なネットワークオンチップ（NoC）アーキテクチャを組み合わせることで、このSoMは卓越したスループット、低レイテンシ、そして比類のないスケーラビリティを実現します。
高速インターフェースとオンチップアクセラレータ間の直接的な並列データパスを可能にすることで、このプラットフォームはFPGAリソースの最適な利用を実現し、AI/MLアクセラレーション、データセンターネットワーキング、HPCワークロードに最適です。柔軟な構成、マルチレーンサポート、そして堅牢なパフォーマンス検証により、iW-RainboW-G64Mは、要求の厳しい高帯域幅のリアルタイム処理システムに対応する、将来を見据えたソリューションとなっています。
