Гибридные SoC ARM / FPGA отводят Cortex-A53, 14нм процесс

Altera анонсировала новый высокопроизводительный процессор ARM / FPGA Stratix SoC, а также первый процессор, который будет изготовлен с использованием 14-нм технологии Intel Tri-Gate.
Подходящая для Linux Stratix 10 SX SoC будет включать в себя четырехъядерную 64-разрядную подсистему ARM Cortex-A53, интегрированную с блоками DSP с плавающей запятой, и матрицу FPGA со скоростью гигагерца, которая обеспечивает вдвое большую производительность ядра, чем предыдущие FPGA Stratix, утверждает Altera.

Предназначенный для ускорения вычислений в центрах обработки данных, радарных систем и инфраструктуры связи, а также других высокопроизводительных встроенных приложений, Stratix 10 SX SoC будет предлагаться вместе с двумя вариантами, в которых отсутствует «система жестких процессоров» (HPC) Cortex-A53. ,
К ним относятся Stratix 10 GT FPGA и недорогая, более энергоэффективная FPGA Stratix 10 GX.

Stratix 10 SX SoC следует по пути Altera Cyclone V SX , который, как и конкурирующий Xilinx Zynq-7000, объединяет подсистемы FPGA и Cortex-A9, тесно связанные высокоскоростным соединением AXI.
Однако Stratix 10 SX SoC предлагает гораздо более мощную подсистему ARM с 64-битной платформой Cortex-A53.
Это одна из первых полностью объявленных систем на чипах Cortex-A53, хотя в настоящее время Apple выпускает A7 и AppliedMicro X-Gene, основанные на одной базовой архитектуре A53 / A57.

Ожидается, что в течение ближайшего года или двух ожидается еще больше Cortex-A53 и более быстрых SoC с большим количеством ядер, включая Project Denver (Tegra 6) от Nvidia, Project Thunder от Cavium, QorIQ LS2 от Freescale и продолжение Exynos 5 от Samsung. A53 был объявлен в первую очередь как энергоэффективный мобильный SoC, в то время как A57 - это скорее серверная и высокопроизводительная сетевая платформа, но, похоже, что это несколько перекрывает друг друга.
Оба варианта доступны в комбинированных SoC Big.Little, похожих на современные гибриды Cortex-A7 / A15, такие как Exynos 5 Octa.

Stratix 10 SX SoC предлагает гораздо более быстрые схемы FPGA, чем Cyclone V и другие процессоры Stratix, Arria и Cyclone, предназначенные только для FPGA.
Говорят, что производительность программируемой логики выше, чем 1 ГГц, или в два раза выше производительности ядра современных высокопроизводительных 28-нм ПЛИС.
Stratix 10 SX SoC обеспечит более чем в шесть раз более высокую пропускную способность по сравнению с сегодняшними высокопроизводительными FPGA SoC, говорит Altera.
SoC также обеспечивает 10 TFLOP производительности DSP с плавающей запятой одинарной точности, говорит Altera.

Первый SoC из 14-нм Tri-Gate

В значительной степени повышение производительности связано с использованием 14-нм трехмерного процесса Tri-Gate от Intel, который также применяется к подсистеме Cortex-A53.
Stratix 10 - это первый 14-нм чип Tri-Gate, поскольку даже процессоры Intel 4-го поколения Core («Haswell») используют 22-нм процессоры Tri-Gate.

По данным Altera, для четырехъядерной подсистемы Cortex-A53 тактовая частота не указана, за исключением того, что SoC в целом представляет собой «первые гигагерцовые FPGA и SoC».
Что касается энергоэффективности, то SoC обеспечивает на 70% более низкое энергопотребление, чем «предыдущие высокопроизводительные FPGA и SoC». Это, по-видимому, относится к Arria 10 SoC , которая предлагает два ядра Cortex-A9 1,5 ГГц, по сравнению с ядрами 800 МГц на Cyclone V SoC и предлагает высокопроизводительные схемы FPGA.


Энергопотребление Stratix 10 против Arria 10 и других процессоров Altera

(щелкните изображение, чтобы увеличить; источник: Альтера)

Подсистема Cortex-A53 также предлагает поддержку виртуализации, а также доступ к памяти объемом 256 ТБ и код исправления ошибок (ECC) на кэш-памяти L1 и L2.
Ядра могут работать в 32-разрядном режиме, что позволяет им запускать операционные системы Cortex-A9 и код без изменений, а также обеспечивает путь обновления от 28-нм и 20-нм SoC FPGA Altera, заявляет компания.

Избранные характеристики Stratix 10 SX SoC включают в себя:

  • 2-х кратная базовая производительность высокопроизводительных FPGA предыдущего поколения
  • > 10 TFLOP производительности DSP с плавающей точкой одинарной точности
  • > 4-х кратная пропускная способность процессора у SoC предыдущего поколения
  • Пропускная способность последовательного приемопередатчика 4x от предыдущих ПЛИС (объединительная плата 28 Гбит / с для коммутации, чип-чип-модуль 56 Гбит / с для граничного интерфейса)
  • Пропускная способность более 2,5 Тбит / с для последовательной памяти с поддержкой Hybrid Memory Cube
  • Пропускная способность более 1,3 Тбит / с для параллельных интерфейсов памяти с поддержкой DDR4 на скорости 3200 Мбит / с
  • Крупнейшее монолитное устройство FPGA (> 4M логических элементов)
  • Гетерогенные многоплоскостные 3D-решения, включая SRAM, DRAM и ASIC
  • Потребление энергии на 70% ниже, чем у предыдущих высокопроизводительных FPGA и SoC
  • 100GFlops / Watt с плавающей запятой одинарной эффективности
  • Дополнительные микросхемы питания Enpirion PowerSoC
  • «Самое быстрое время компиляции в отрасли»

Altera не предложила много специфических особенностей архитектуры, хотя, согласно отчету EE Times, она предлагает более высокую степень интеграции, чем запуск высокоскоростного межсоединения AXI между подсистемами, как это делается в Cyclone V SoC.
Устройство построено по слоям, рассказывает история, с верхним слоем Cortex-A53, который выполняет «высокоуровневые задачи, такие как распределение нагрузки, управление потоком, безопасная загрузка, конфигурация FPGA и управление питанием». Затем следует слой DSP, используемый для конфигураций с плавающей запятой и обработки сигналов.
Ниже находится логический уровень ПЛИС, который выполняет глубокий контроль пакетов, аппаратное ускорение и специальные задачи криптографических движков.

Никаких подробностей о поддержке ОС для Stratix 10 SX SoC не было объявлено, но, учитывая поддержку Linux в Cyclone V SoC, Linux кажется верным выбором.
Фактически, Altera заявляет, что SoC обеспечит «совместимость программного обеспечения и общую экосистему инструментов ARM и поддержку операционной системы» с предыдущими гибридами Altera ARM / FPGA, включая Cyclone 5 и Arria 10. SoC также будет поставляться с Altera SoC Embedded Design. Suite (EDS) с ARM Development Studio 5 (DS-5), а также с OpenCL SDK от Altera.

News Electronics взяла интервью у старшего вице-президента Altera Дэнни Бирана, который сказал, что его компания рассматривала возможность использования конфигурации Big.Little с двумя ядрами Cortex-A53 и двумя ядрами Cortex-A57, но нашла это «менее привлекательным», чем четырехъядерный подход A53.
«A57 имеет больший кристалл из-за большего количества ступеней трубопровода и менее энергоэффективен», - сказал Биран.

Altera не указала сроки выпуска SoC Stratix 10 SX, но EE Times сообщает, что производство чипов Intel начнется в 2014 году. Дополнительную информацию можно найти на странице продукта Altera Stratix 10 .