התפקיד המשולב של תוכנות חומרה בלתי ניתנת להפעלה בVirtualization המודרני

וירטואליזציה עברה הרבה מעבר לקונסולת השרת הפשוטה.הסביבות של היום דורשות ביצועים צפויים, עיבוד חבילות בעלות נמוכה, אבטחה מונעת חומרה, ואת היכולת לשנות את המשאבים המותאמים במיקרו-שניות. פילד-Programmable Gate Arrays (FPGAs) הם מפגשים דרישות אלה על ידי הבאת תערובת ייחודית של מקבילה, תזמון, ופוסט-דמהפכה לתפקודים ספציפיים של CPU-R.

מאמר זה בוחן כיצד FPGAs תומך בטכנולוגיות וירטואליזציה הדור הבא, החל מתפקוד רשת וירטואליזציה (NFV) ורשת מוגדרת תוכנה (SDN) כדי לחוד החנית של מחשוב ו- AI.זה חוקר את היתרונות האדריכליים שהופכים את FPG כבחירה משכנעת עבור ספקי ענן, מפעילי טלקום, ומפעלים לבניית תשתיות דיגיטליות חכמות.

הבנת FPGA ו-Data Center Context

FPGA הוא מכשיר סיליקון המכיל ממטריקס של בלוקים לוגיים ניתנים להגדרה, חיבורים בין-מסוגיים, ולעתים קרובות ליבות IP קשיחות כגון בקרים זיכרון, ממשקי PCIe, ו- Ethernet MAC. בניגוד ל- ASIC, אשר הוא סיליקון למטרה יחידה, FPGA יכול להיות reprogram לאחר פריסה כמעט כל מעגל דיגיטלי בתוך גבולותיה מאפשר לעתים קרובות לפתח חומרה.

בסביבות וירטואליות, FPGAs מופיעה בדרך כלל כ- PCIe-tached מאיצים, SmartNICs, או משולבים בחבילת CPU עצמה כ- IP מוטבעת.כל גורם מביא איזון שונה של גרפיטי משאבים, עצלות, וספקי ריבוי אינטנסיביות כגון: שירותי חומצה אולטרה-עוצמה של אמזון (FPGA-SmartNIC) יכולים לנסח את כל צינורות OpenSwitch, בעוד מונוליטיגמנט רחב של קוד פתוח (FGA) יכול לשמש מספר פונקציות של קוד זדוניות כגון: HDGGA).

התפתחות טכנולוגיות וירטואליזציה

וירטואליזציה Server, חלוצי על ידי hypervisors כמו VMware ESXi, KVM, Hyper-V, מופשטת compute, זיכרון, ו- I /O מחומרה פיזית. Containers ו- Kubernetes הוסיפו שכבת אבסטרקציה קלה עבור עריכת מיקרו-שירותי תזמורת.עם זאת, כמו עומסי עבודה גדלו יותר heterogeneous - ערבוב מסדי עסקאות עם וידאו בזמן אמת ו- AI - החל משיטות הפעלה באמצעות אימונים אנרגיה, רק כדי להכות מודלים, רק באמצעות אקטיביים.

וירטואליזציה של הדור הבא מתרחבת מעבר למכונות וירטואליות ומכלים כדי לכלול וירטואליזציה של תפקוד הרשת (NFV), רשתות גישה רדיו וירטואליות (vRAN), ותשתית בלתי ניתנת להפרדה. במודלים אלה, מאיצים חומרה מתייחסים למשאבים ראשונים, מאגר משאבים פתוח.FPGAs, עם יעילות הפרויקט העצומה שלהם, לאפשר שכבת חומרה האצה שניתן לפרוס בין דיירים, ל-Facter סטנדרטי של ניהולי של ניהול משאבים סטנדרטיים.

שינוי זה דורש חשיבה עמוקה של איך פלטפורמות וירטואליזציה לנהל מגוון חומרה. hypervisors מסורתיים רק CPU וזיכרון; תזמורות מודרניות חייבות גם לגלות, להקצות, מחזור חיים FPGA מחיצות. Kubernetes רק תוספים עבור FPGAs התבגרו, ומאפשרות ל pods לבקש פונקציות ספציפיות האצה כמו שהם מבקשים CPUs. התכנסות זו היא המניעה של FPGAss וירטואלית מחסנים.

כיצד FPGAs Accelerate Virtualization: מכניזם טכני

CPUs הם מנועים למטרות כלליות המבצעים הוראות באופן משמעותי. FPGAs, לעומת זאת, המפה חישוב ישירות על לוגיקה מרחבית, המאפשר מקבילות מסיבית צינורות עמוקים ללא מחזורי קוד הוראה.זה מניב כמה מנגנונים האצה החיוניים ל וירטואליזציה:

  • (FLT:0) שיפור צינורות ועיבוד חסכוני: FLT:1 פונקציות כגון הצפנה, בדיקה עמוקה של חבילות, ו- L4 עומס ניתן ליישם עם נטיות קבועות, ⁇ סטיות, לעתים קרובות מתחת 1 מיקרו-שניות.
  • (FLT:0) צארכיות זיכרון של זיכרון CSTRO: VER 1 ; On-chip חוסם RAM ו- UltraRAM ניתן לארגן לתוך כיבים ספציפיים יישומים ו buffers כי עלה על הביצועים של קלפי CPU הגנריים עבור נתוני הזרמת.זה מועיל במיוחד עבור בקרי אחסון וירטואליים כי צריך לטבול נתונים נכנסים לפני כתיבת התקנים NVMe.
  • (FLT:0) מניפולציות ברמת דיוק: FLT:1 A CPU פועל על ידיטים ומילים; FPGA יכול לתמרן ביטים בודדים, מה שהופך אותו אידיאלי עבור פרוטוקולים מסנן, ופעולות הצפנה רשת וירטואלית מתפקדת כי פרוטוקולים סטנדרטיים פרוטוקולים מתאימים לטובת ישירות מהיכולות האלה.
  • (FLT:0) הערכה חלקית חלקית של FPGA: ⁇ : ⁇ 1) היכולת הזו מאפשרת אזור של FPGA להיות reprogram בעוד אזורים אחרים ממשיכים לפעול, המאפשרים הגירה חלקה של פונקציות חומרה ושיתוף רב-מחדש ללא משבש שירותים.לדוגמה, טלקו יכול לעדכן מעט אדמדן על אחד FPGA בעוד חומת אש ממשיכה באותו אזור עיבוד נוסף.

יכולות אלה תואמות באופן מושלם לדרישות של פונקציות רשת וירטואליות, אחסון מוגדר תוכנה, ומכשירי אבטחה בזמן אמת.עבור נקודת מבט טכנית עמוקה יותר, FLT:0;0) תיעוד FPGA של FPGA של FPGAFLT:1 מספק ביצועים מפורטים יותר, מוצרי מחשוב הסתגלות של AMD משלבים PCIe עם תמיכה CXL, עוד יותר צמצום הגמישות כאשר FPGAs מתקשר עם מעבדים.

רשת Virtualization ו-FPGA Offload

NFV decouples Network פונקציות - Fireקירות, מאזן עומס, אופטימיזציה WANrs, מערכות זיהוי חדירה - ממכשירי חומרה קנייניים, במקום זאת להפעיל אותם כתוכנה בשרתים סטנדרטיים. בעוד שרתי x86 גדלו במשימות רשת רבות, פונקציות הדורשות שיעורי חפיסות גבוהות (במאות Gbps) לעתים קרובות ישארו ליבות CPU, מה שמשאיר פחות ראש עבור 10ant VM.

FPGA מבוסס SmartNICs, כגון אלה מ- Intel ו- AMD, להטביע לוגיקה ניתנת לתוכנה ישירות על כרטיס ממשק הרשת.הם יכולים להאיץ את נתיב הנתונים כולו מחוט ל-VM:

  • (FLT:0) מעבר וירטואלי: FLT:1 Offloading Open vSwitch (OVS) או מתגים וירטואליים דומים מפחית CPU מעל ראש ומספק קו רוחב עם microII latencies.B של אינטל FPGA מבוסס SmartNICs להוכיח כיצד טעינה OVS יכול לשחרר עשרות ליבות במרכזי נתונים של יתר.
  • (FLT:0) ⁇ /decapsulation:FLT:1 VXLAN, Geneve ו- GRE מנהרות מטופלים במהירות חוט, הימנעות מ-packet CPU להפריע.זה קריטי עבור עננים רב-נטנטים שבהם תעבורה מזרח-מערבית מאות מנהרות.
  • (FLT:0) מעקב אחר זרימה: FPGAs 1 FPGAs יכול לשמור על מיליוני ערכים מעקב חיבור עם שיעורי עדכון ⁇ סטי, המאפשרת חומות אש בעלות ביצועים גבוהים במדינה.כאשר בשילוב עם שחזור חלקי דינמי, ניתן לעדכן טבלאות זרימה ללא הפסק עיבוד החבילה.
  • (FLT:0)Telemetry ו QoS:FearLT:1 [In-band Network Telemetry ו-Facte-design , עיבוד נתונים ניטור למטוס ניהול וירטואליזציה ללא תוספת ג'ייטר.זה מאפשר חשיפה בזמן אמת לתוך רוחב פס זרימה וכבדות.

על ידי הסרת פונקציות אלה, ספקי שירות יכולים לפרוס ציוד מחשוב וירטואלי (vCPE) ומאובטח מכשירי SDWAN המשלבים ביצועים ברמת נושא עם גמישות דמוי ענן.שפת P4 הוחלה גם על תוכנית FPGA נתונים עבור NFV, המאפשרים מהנדסי התייחסות לרשת להגדיר צינורות עיבוד של חבילות בשפה גבוהה כי מדגמים ישירות ללוגיקה.

אחסון וירטואליזציה ו-FPGA-accelerated Data Processing

מערכות אחסון וירטואליות - אחסון מוגדר באמצעות תוכנה, תשתיות היפר-קונריג'נט, מטרות NVMe-oF - דרישה גבוהה באמצעות חישוב, תנועת נתונים בעלות נמוכה של שירותי הפחתה של נתונים חזקים. CPUs להצטיין בניהול מורכבות מטוסים, אבל הם נאבקים לדחוס, deduplicate, וצפינו נתונים במהירות של NVMe המודרנית ו -100+Gbps ללא שיתוף לא פרופורציונלי של שותפים.

FPGAs זורעים במסלול נתוני האחסון:

  • (FLT:0) דחיסה ודיכאון של רשת: ההרחבה:Harware Applications ofאלגוריתמים כמו LZ4, Zסטנדרט, או אפילו קודים ללא הפסד מותאם אישית יכולים להשיג עשרות GB /s ל-FPGA ולהפחית עומס CPU על ידי מעל 90%. לדוגמה, FPGA חד טווח בינוני יכול לדחוס נתונים ב 50 GB / , תוך הוספת פחות מ 1 מיקרו השני של אנציקלופדיה.
  • (FLT:0)Deduplication and hashing:FevolveLT:1 PGAs יכול למקם SHA-256 או טביעות אצבע אחרות יש בסטרימינג אופנה, ולנהל טביעות אצבע בזיכרון שבב, הרבה יותר מהר מכל גישה תוכנה.זה מאפשר שכפול בזמן אמת עבור תמונות מכונה וירטואליות וזרמים גיבוי.
  • (FLT:0)Erasure coding ו RAID:03: לוגיקה FPGA יכול לייצר בלוקים בריצוף עבור קודים במחיקה בקצב קו, מה שהופך בריכות אחסון מוגדרות תוכנה ללא עול המעבדים העיקריים.ביתר-congged אשכולs, זה off יכול להכפיל את מספר הכוננים כי CPU יחיד לא יכול לשרת.
  • (FLT:0)NVMe על הפסקת הבדים: FPGAs מוטבע ב SmartNICs יכול לסיים את NVMe-oF TCP או RoCE חיבורים וגשר ישירות לכוננים מקומיים NVMe, המציגים שמות וירטואליים ל-VMs עם עצלות כמעט-bare-metal.זה מבטל CPUhead לעיבוד.

פלטפורמות מחשוב הסתגלות של AMD כבר בשימוש במערך אחסון ו- HCI צומת כדי לספק את היכולות האלה, לעתים קרובות להפחית את העלות הכוללת של הבעלות על ידי כך שהם מאפשרים פחות CPU שקעים עבור אותו ביצועי אחסון יעילים.הקונסוליום התעשייה SNIA פרסמו מפרטים עבור FPGA-acerated אחסון מחוסנים כי הם צוברים מתחמיים פריסות ארגוניות.

אבטחה מבוססת חומרה בסביבה וירטואלית

וירטואליזציה יוצרת משטחים חדשים של התקפה: היפרביטור שובר, VM-to-VM ערוצים, ומכשירים וירטואליים פגום.FPGAs יכול ליישם פונקציות אבטחה ברמת החומרה שקשה לעקוף, וזה מספק בידוד חזק.

תפקידי אבטחה מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) רובוט של אמון ו-Firet:FevolveLT:1 PGAs ניתן להגדיר כדי לאמת את השלמות של תמונות היפר-בידור וקושחה לפני ה- CPU אפילו מתחיל, הקמת שרשרת חומרה-נכורד של אמון.
  • (FLT:0) הצפנה ללא עומס CPU: ההרחבה 1 (AES-GCM) ו- ciphers אחרים יכולים לעבד מאות Gbps של נתונים, המאפשרים הצפנה של VM-to-VM שקוף לתנועה מזרח-מערבית בתוך אשכול וירטואלי, כל ללא גניבת מחזורי CPU מעומסי עבודה מעשירים.
  • התנגדות ערוצים:0) להתנגדות ערוץ: FLT:1 FPGA-placed מאיצים ניתן לחלק פיזית כדי שהנתונים של הדיירים רבים לעולם לא יקבעו בקובעים משותפים, מזרז התקפות נגד משככי כאבים נפוצים על מעבדים מרובים. דינמית חלקית רזולוציה מאפשר לכל אחד מהם להיות פרוסה ייעודית של FPGA עם ממשק מבודד.
  • (FLT:0) אכיפה של מדיניות הביטחון האידיאולוגית: FIRLT:1 , כי ניתן לתקן את ההיגיון FPGA באופן חלקי, כללי אבטחה ניתן לעדכן בתגובה לאיומים מתעוררים מבלי לנזוף מחדש את המארח, תכונה קריטית עבור עננים רב-עוצמה.לדוגמה, פגיעת אפס-יום בפרוטוקול ניתן לקבע על ידי טעינה של bitstream מעודכן לאזור ה-FPGA המתאים.

שילוב טכניקות אלה מניב מרכז נתונים "אפס אמון" שבו אפילו ההיפר-בידור אינו רואה נתוני יישום טקסט פשוטים אלא אם כן מותר במפורש. מסגרות מחשוב חסויות כמו Intel SGX ו- AMD SEV כבר משלימים על ידי בדיקת ראיות מבוססות FPGA והצפנה עומסי הצפנה.קבוצת מחשוב אמין עובדת על סטנדרטים עבור אמון FPGA-rooted בסביבות וירטואליות.

AI ו- Machine Learning Workloads on FPGA-enhanced Virtual Platforms

אי השוויון בינה מלאכותית נע במהירות לשרתי GPU ייעודיים לסביבות וירטואליות, מרובות-נטנסיעות. בעוד GPUs לספק נקודת צף מסיבית דרךput, הארכיטקטורה הקבועה שלהם וכוח idle גבוה להפוך אותם פחות מתאימים לעומסי עבודה מעורבים שבו מודלים קטנים רבים צריכים לרוץ במקביל. FPGAs מציעים אלטרנטיבה משכנעת להקצאת ההגדרות הווירטואליות:

  • (FLT:0) הדיוק המספרי: ⁇ F1 (FLT:1 ), בניגוד GPUים המוגבלים ל-FP32/FP16/INT8, FPGAs ניתן לבנות כדי לעבד כל bit-width שרירותי, מ- 4bit Integers ועד פורמטים צפים מותאם אישית.זה מאפשר אופטימיזציה גבוהה של מנועי הפחתת רוחב פס זיכרון וכוח.
  • (FLT:0)Low-latency, קידוד גבוה: 1.FLT:1 ניתן להגדיר FPGA כדי לספק מספר בקשות הקצאה בו זמנית באופן מנוקב עמוק, המספקים לנטיות תת-מילות עקביות שהן אידיאליות עבור יישומים בזמן אמת כגון זיהוי רשת או עוזרי קול ברשתות וירטואליות.
  • (FLT:0) תמיכה בצמיחה:FigalLT:1 עם הגדרה חלקית, כרטיס FPGA יחיד יכול לארח כמה מאיצים רשת עצביים שונים, כל אחד שהוקצה ל-VMs שונים או מיכלים, עם בידוד קשה בין הדיירים. מסגרת AMD FINN מאפשרת פריסה אוטומטית של מאיצים כאלה, תוך שילוב של TenpilsorFlow או Pyrch ישירות לתוך מודלים של bitstream.
  • (FLT:0) עיבוד משולב: 1FLT עבור חזון AI, FPGA יכול לבצע תמונה בגודל, המרת צבע ונורמליזציה על זרם הנתונים לפני שהוא מגיע אי פעם למנוע הניתוק, צמצום תנועת הנתונים ומעורבות CPU.זה קריטי לניתוח וידאו קצה שבו מצלמות לייצר זרמי עתודות גבוהה.

פרויקט המוח של מיקרוסופט, עכשיו חלק מ- Azure, הראה כיצד FPGAs יכול להאיץ את ההיקף העמוק של הרשת העצבית בקנה מידה הענן עם נטיות נמוכה מאוד, ישירות בתוך תשתית Azure הווירטואלית (ראה FLT:0 זה בלוג Azure postFillo:1), מודל זה השפיע מאז על האופן שבו Hyperscalers לפרוס AI בצד, ואדריכלות דומות זמינים כעת באמצעות מקרים של CloudGA מ-AWS, ו-Huawei.

Edge מחשוב ו-5G: דרישות וירטואליזציה הבאות

הגלגל של רשתות 5G ועלייה של מחשוב קצה מתפרש ממרכזי נתונים מרכזיים לאלפי אתרים מבוזרים. בקצה, מרחב פיזי, כוח, קירור מוגבלים, בעוד עומסי עבודה דורשים עיבוד רציונאלי, נמוך-עוצמה לשימוש במקרים כגון נהיגה אוטונומית, IoT תעשייתי, ומציאות מוגברת.

FPGAs תומך וירטואליזציה הבאה של הדור בקצה במספר דרכים ייחודיות:

  • עיבוד שכבתי:0 (Virtualized RAN) האצה:FLT 1:1 עיבוד שכבתי הפיזי של 5G דורש estimation ערוץ MIMO מסיבי, תיקון שגיאה קדימה (LDPC/Polar), ו- beamforming. FPGAs יכול לבצע פונקציות האצה חד-משמעיות אלה בזמן אמת, המאפשר יחידת בסיס וירטואלית (BBU) להפעיל שרתי FP-GA מרובים עבור ספקים אלה.
  • (FLT:0) Multi-access Edge מחשוב (MEC): FPGA-Power Edge צומת יכול לארח מספר פונקציות רשת וירטואליות ומשימות יישום, כל שיתוף פלטפורמה פיזית אחת. A Tco יכול לספק a vRANAccelerator, AI מקומי הקצאה מנוע עבור ניתוח וידאו, ושער מאובטח, כל אחד בחבילה וירטואלית של אותה FPGA מאפשר שינוי חלקי כדי לשנות את ה-זמנית של היום.
  • (FLT:0 â €-Time-רגיש רשתות:FLT:1 יישומים תעשייתיים לעתים קרובות דורשים משלוח נתונים אקרונכרוני. FPGA לוגיקה יכול ליישם IEEE 802.1AS ו 802.1Qbv זמן-מודעים כדי להבטיח שקיפות קשורה למכונות וירטואליות טיפול בשליטה בזמן אמת. FPGAs גם תומך ב- IEEE 1588 Precision Time עם דיוק שני, חיוני עבור Syncation Act.

השילוב של FPGAs ומיקרו-שירותים ממוכלים בקצה מאפשר מודל "תפקוד-as-a-Service" שבו האצה חומרה מופעלת בדיוק כמו כל משאב ענן אחר, אבל עם ביצוע מקומי עבור משימות רגישות לעקביות. Kubernetes למכשירים עבור FPGAs הם כעת מספיק בוגר כדי לתמוך הקצאה דינמי של אזורי מאיץ ל pods, ופלטפורמות גדולות כמו Azure IoT ו-AWSFGGA הם שילוב ירוק.

אתגרים ועיסוקים טובים ביותר לשילוב FPGA

למרות החוזקות שלהם, FPGAs מביא מורכבות.שילוב מוצלח של אותם לפלטפורמות וירטואליות דורש התייחסות למספר אתגרים:

  • (FLT:0) קידום המורכבות: FLT:1 פיתוח FPGA מסורתי משתמש בשפות תיאור חומרה כמו Verilog או VHDL, אשר אינם נגישים לרוב מהנדסי התוכנה. גבוה ברמת גבוהה סינתזה (C / C++ ל- HDL) ומסגרות כמו פלטפורמת התוכנה המאוחדת AMD Vitis מקטין את המחסום הזה, אבל פער מיומנויות נשאר פתוח ו- SCLYCL הם גם עבור נתונים מאומץ מרכזי תכנות.
  • (FLT:0) Orchestration וניהול מחזור חיים: RUF1 ,Virtualization Orchestration Systems כגון Kubernetes ו- OpenStack נועדו ל- CPU ו- GPU משאבים. ניהול FPGA bitstreams, הבטחת תאימות בין פונקציות מאיץ ונהגים מארחים, וביצועים ללא פגע דורשים תבניות הפעלה ומעבדים חדשים כמו Openmable Program הם גם תמיכה סטנדרטית של רכיבי ה-API.
  • (FLT:0) בידוד אינטנסיבי: FVERFIRLT:1 FPGA בין מספר VMs דורש לא רק לוגיקה חלוקת אלא גם בידוד רוחב פס על ממשקי הזיכרון החיצוניים ונתיבי PCIe. אדריכלות מתקדמת FPGA כוללים כעת בידוד מרחבי כוח-אוויר וגרפיקה באיכות של שירות.
  • (FLT:0)Power and תרמי אילוצים: FLT:1 בעוד FPGAs יעילים, FPGA בשימוש מלא יכול לצייר כוח משמעותי. דינמי ניהול כוח, כולל שעון חיתוך וקצבה מתח בתוך הבד FPGA, חייב להיות משולב עם מדיניות הכוח של Hypervisor. כלים כמו PowerPlay של אינטל ו-Vdo כוח אופטימיזציה של אופטימיזציה של כוח אופטימיזציה למנוע את צריכת כאשר אין צורך.

ארגונים שמצליחים בגלימת אתגרים אלה בדרך כלל לעקוב אחר נתיב שמתחיל עם עומס פונקציות בעלות השפעה טובה, גבוהה-תכליתיות (הקריפטציה, דחיסה, מעבר לרשת) לפני שההתרחבות לבינה מלאכותית או מאיצים ספציפיים של יישומים.שימוש במקרים של FPGA ענן כמו AWS F1 או סוללות F-Bibaba יכול לספק סביבה בסיכון נמוך לשילובים אלה, לאמץ כלי FPGA-FBOFBOFBSLTS: 1.

השוואת FPGAs עם אחרים Accelerators

חשוב להבין היכן FPGAs מתאים יחסית CPUs, GPUs, ו ASICs בערימה וירטואלית. CPUs להישאר גמיש וקל ביותר התוכנית; הם הבחירה ברירת המחדל עבור לוגיקה מטוס בקרה ועומס עבודה כללי. GPUs מצטיינים בהתקנים מקבילים מאוד, צף-נקודת אינטנסיבי כגון הדרכה גדולה רשתות עצביות, אבל ההוראה הקבועה שלהם גבוהה עבור אינספור פחות עבור גדלים אמיתיים עבור פחות קיבולת קטנה של עיבוד רשת יעילה.

ASICs לספק את הביצועים הטובים ביותר עבור פונקציה ייעודית, אבל הם לא יכולים להיות מופצים כמו דרישות שינוי. FPGAs לתפוס קרקע בינונית: הם מציעים ביצועים ליד-ASIC עבור משימות הזרמה רבות תוך שמירה על היכולת להיות repurposed. בסביבה וירטואלית שבה עומסי עבודה יכולים להשתנות בתוך דקות, כי גמישות יכולה לתרגם ניצול כללי גבוה יותר ועלויות הון נמוכות יותר, גם אם יחידת FPGA היא יקר יותר מאשר ASIC עצמו.

עבור וירטואליזציה של הדור הבא, אדריכלים רבים לאמץ מודל heterogeneous שבו CPUs להתמודד עם מטוס בקרת וירטואליזציה, GPUs להתמודד עם אימון רב, ו FPGAs להאיץ את נתיבי הנתונים "חם" ושפל ההיקף בחוד. זה הפרדה של חששות מאפשר לכל מכשיר לעשות את מה שהוא עושה הכי טוב, בעוד הפלטפורמה הווירטואליזציה מתזמרת אותם כמו משאב מאוחדת.

תחזית: FPGAs כ- Cornerstone of Composable Infrastructure

התעשייה נעה לעבר תשתיות בעלות יכולות, מפורקות לחלוטין, שבהן compute, זיכרון, אחסון והאצה קשורים זה לזה במרקים מהירים כמו CXL ו- PCIe 6.0.באדריכלות כאלה, FPGAs לא רק יהיה קבוע כרטיסי PCIe; הם יהיו מכובשים, מכשירים הגיוניים שניתן יהיה להרכיב על-החל לשרתים וירטואליים.

מגמות מפתח המניעות אימוץ FPGA קדימה כוללות:

  • (FLT:0) שילוב של CPUs: ההרחבה של אינטל: Xeon עם FPGA משולב ו- AMD עתיד הסתגלות של SoCs טשטש את הקו בין ההיגיון הכללי להגדרה מחדש, המאפשר עומס דק עם מינימום יותר חזק.
  • קהילות כמו Or-Tools ו- Symbiflow מפתחים סינתזה פתוחה וכלים בתוואי מקום שיפחיתו עלויות כלי ולדעו חדשנות, בדומה לאופן שבו GCC דמוקרטים איסוף תוכנה.
  • (FLT:0) ניהול משאבים מונע על ידי התעשייה:FLT:1 Machine מודלים פועל בתוך פלטפורמות תזמורת ינבא תבניות עומס עבודה ודינמית לטעון את bitstreams אופטימלי FPGA, השגת שיעורי ניצול הרבה מעבר להקצאות סטטיות של היום.לדוגמה, לוח הזמנים Kubernetes יכול להשתמש חיזוק למידה כדי להחליט אם להקצות אזור FPGA הצפנה או מבוסס על עומסי עבודה אמיתיים.
  • (FLT:0)Post-quantum Cryptography:FearLT:1 אלגוריתמים קוונטיים עמידים להפוך חובה, עוצמת החישוב שלהם צפויה לדרוש FPGA מבוסס על סביבות וירטואליות כדי לשמור על אבטחה קו-rate. סטנדרט של NIST של אלגוריתמים לאחר quantum הוא מאיץ מגמה זו, וספקי FPGA כבר משחררים ליבות IP עבור הצפנה מבוססת הצפנה.

אנליסטים בתעשייה רואים את שוק האצה מבוסס FPGA גדל בחדות כמו 5G, קצה AI, ותוכנה מוגדרת הכל הופך לזרם המרכזי. וירטואליזציה היא השכבה המאחדת המקשרת את המגמות הללו יחד, ו- FPGAs מספק את היסודות החומרה המותאמים שהופכת את הכל לאפשרי. פרויקט תשתית פתוחה תשתית תשתית יעילה של תוכנית פתוחה פועלת כדי לתקן את ממשקי התכנות והתזמורת עבור מכשירים אלה, להבטיח יכולת הדדית רחבה.

מסקנה

טכנולוגיות וירטואליזציה הדור הבא דורשות יותר מאשר ליבות CPU גולמיות ורשתות מהירות יותר.הם דורשים חומרה הסתגלות שניתן להשיג מחדש בזמן אמת כדי לענות על הצרכים של רשתות, אחסון, אבטחה, AI, ומחשוב קצה.FPGAs למלא כי נישה ייחודית, מתן ביצועים ברמת חומרה עם גמישות ברמת התוכנה.על ידי הסרת שקיפות ומיומנות באמצעות פונקציות חישה, FPG, כמו לתת מיקוד של לוגיקה וירטואלית ו- CPU של לוגיקה עסקית.

ממרכזי נתונים בקנה מידה ענן ועד קצה של 5G, FPGAs כבר מאיצה פונקציות רשת וירטואליות, הבטחת עומסי עבודה Tenant, ומאפשרת יעילות AI inference. as Toolchains בוגר ותזמורת להתפתח לטיפול ב- FPG ככלי חיוני להתאמה של משאבי אנרגיה מתקדמים, קו בין חומרה ותוכנה ימשיך לטשטש - שטף בתשתית שבה פונקציות טכנולוגיות מתקדמות ולא מאפשר לרתום טכנולוגיות חדשניות, ולא הופך את ה-FPIQVerationerationerationerationerationerationerationerationerationerationerationerationerationerationerationeration.