FPGA Intel® Stratix® 10 MX

FPGA Intel® Stratix® 10 MX è un acceleratore multifunzione essenziale per il high performance computing (HPC), i data center, le funzioni di rete virtuale (NFV) e le applicazioni broadcast. Questi dispositivi combinano la programmabilità e la flessibilità di FPGA Intel® Stratix® 10 e FPGA SoC con la memoria ad alta larghezza di banda 2 (HBM2) 3D. L'architettura FPGA Intel® Hyperflex™ mette a disposizione un core fabric ad alte prestazioni che può utilizzare in modo efficiente la larghezza di banda del tile di memoria in-package. Il tile di memoria DRAM è connesso fisicamente a FPGA utilizzando la tecnologia integrata Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) di Intel.

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FPGA Intel® Stratix® 10 MX

Caratteristiche e vantaggi

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I dispositivi Intel® Stratix® 10 MX offrono una larghezza di banda 10 volte superiore rispetto alle attuali soluzioni di memoria discreta, come SDRAM DDR4. I DIMM DDR4 tradizionali forniscono circa 21 Gbps di larghezza di banda, mentre 1 tile HBM2 fornisce fino a 256 Gbps. I dispositivi Intel® Stratix® 10 MX integrano fino a due dispositivi HBM2 in un pacchetto singolo, fornendo una larghezza di banda della memoria fino a 512 Gbps.

I dispositivi Intel® Stratix® 10 MX integrano la memoria HBM2 a fianco del core fabric. L'interconnessione tra il core fabric e la memoria è significativamente più corta, riducendo così la quantità di energia normalmente impiegata per gestire le lunghe piste conduttive del circuito stampato. Le piste non sono terminanti e sono caratterizzate da un carico capacitivo ridotto, con conseguente minor consumo energetico di I/O. Il risultato finale comporta un minore consumo del sistema e prestazioni ottimali in termini di watt.

Il pacchetto Intel® Stratix® 10 MX integra le componenti di memoria, riducendo la complessità della progettazione PCB. Questa implementazione offre un modello di semplice utilizzo e con fattore di forma più piccolo, che si traduce in una soluzione altamente flessibile, scalabile e facile da usare. Un esempio di questa caratteristica è la SRAM embedded (eSRAM) che integra la RAM a blocchi già esistente con una larghezza di banda 11,25 volte più aggregata (lettura e scrittura) e un consumo energetico totale 2,6 volte inferiore rispetto alla QDR IV-10661 discreta. La RAM embedded migliorata è ideale per le applicazioni che richiedono i più alti livelli di tassi di transazioni casuali (RTR), contribuendo a sostituire o a ridurre al minimo la necessità della QDR discreta e ad azzerare il consumo I/O EMIF.

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System-in Package (SiP) eterogeneo

I prodotti SiP sono semiconduttori altamente integrati che combinano FPGA con vari componenti avanzati, tutti all'interno di un singolo pacchetto. Al centro dei prodotti SiP di Intel si trova un FPGA monolitico che fornisce agli utenti la possibilità di personalizzare e differenziale il sistema terminale per soddisfare i requisiti di sistema. I prodotti SiP basati su FPGA sono rivolti alle piattaforme di prossima generazione che richiedono sempre una maggiore larghezza di banda, flessibilità e funzionalità, riducendo contemporaneamente il consumo energetico e le dimensioni.

Una strategia SiP basata su FPGA fornisce molti vantaggi a livello di sistema rispetto agli schermi di integrazione convenzionali.

L'integrazione SiP utilizzando EMIB consente la massima densità di interconnessione tra FPGA e il prodotto correlato. Questa configurazione si traduce in una connettività ad alta larghezza di banda tra le componenti SiP.

I prodotti correlati (come la memoria) sono posizionati il più vicino possibile all'FPGA. Le piste di interconnessione tra FPGA e i die dei prodotti correlati sono quindi molto corte e non richiedono molta energia per essere alimentate, comportando una riduzione di potenza complessiva e ottime prestazioni/watt.

La capacità di integrare in moto eterogeneo le componenti in un unico pacchetto si traduce in fattori di forma più piccoli. I clienti risparmiano spazio prezioso sul circuito, riducono gli strati del circuito e il costo complessivo della distinta dei materiali (BOM).

SiP aiuta a ridurre la complessità di routing a livello di circuito stampato in quanto le componenti sono già integrate all'interno del pacchetto.

SiP migliora la capacità di integrare diverse forme e tecnologie di silicio. Il risultato finale è una soluzione altamente flessibile, scalabile e facile da usare.

SiP accelera i tempo di commercializzazione integrando una tecnologia già collaudata e riutilizzando dispositivi o tile comuni tra le varianti del prodotto. Questa implementazione permette di risparmiare tempo e risorse preziose, accelerando così i tempi di commercializzazione.

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SiP convenzionale confrontato a SiP eterogeneo

La larghezza di banda è limitata
La potenza del sistema è troppo elevata
Il fattore di forma è troppo grande

Larghezza di banda più elevata
Minore consumo energetico
Fattore di forma più piccolo
Funzionalità aumentata
Capacità di mescolare i nodi di processo

Integrazione a livello di chip utilizzando EMIB

Un'innovativa tecnologia di packaging Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB), sviluppata da Intel, consente un'efficace integrazione dei pacchetti di componenti critici per il sistema come analogico, memoria ASIC, CPU, etc. EMIB propone un flusso produttivo più semplice rispetto ad altra tecnologie di integrazione in-package. EMIB elimina l'uso di through silicon via (TSV) e dell'interposer di silicio. In questo modo si ottengono prodotti SiP altamente integrati che offrono prestazioni più elevate, minore complessità e un'integrità del segnale e dell'alimentazione superiore. Le informazioni aggiuntive sulla tecnologia EMIB di Intel possono essere trovate sul sito Web Custom Foundry di Intel all'indirizzo http://www.intel.com/content/www/it/it/foundry/emib.html

Memoria

FPGA con memoria vicina nel pacchetto

Le soluzioni di memoria vicina di Intel integrano la DRAM ad alta densità vicino all'FPGA all'interno dello stesso pacchetto. In questa configurazione, la memoria in-package è accessibile in modo molto più veloce, con una larghezza di banda 10 volte superiore rispetto alla memoria principale tradizionale. Una configurazione di memoria vicina riduce anche il consumo energetico del sistema riducendo le piste tra l'FPGA e la memoria, diminuendo contemporaneamente l'area della scheda.

Le soluzioni system-in-package (SiP) DRAM sfruttano la memoria ad alta larghezza di banda 2 (HBM2) per eliminare i colli di bottiglia della larghezza di banda della memoria nei sistemi ad alte prestazioni che elaborano una quantità sempre più grande di dati, tra cui data center, settore televisivo, telefonico e sistemi di calcolo ad alte prestazioni.

DRAM HBM2

La DRAM HBM2 è una memoria 3D che sovrappone verticalmente più die DRAM utilizzando la tecnologia TSV (through silicon via). Rispetto alle soluzioni discrete basate su DDR, la DRAM HBM2 fornisce la larghezza di banda della memoria più alta, consumo di sistema più basso e un fattore di forma ridotto, fornendo così la migliore larghezza di banda/watt.

I dispositivi Intel® Stratix® 10 MX integrano i tile HBM2 insieme a un die FPGA monolitico ad alte prestazione da 14 nm per offrire una larghezza di banda della memoria 10 volte superiore rispetto alle soluzioni DRAM discrete.

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