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摘要

隨著越來越多的設備旨在解決現(xiàn)代算法加速工作負荷，高帶寬數(shù)據(jù)流必須能夠有效地移動到高速界面和整個設備之間。Achronix的Speedster7t獨立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實現(xiàn)編程邏輯資源實現(xiàn)2是一種創(chuàng)新D NoC與傳統(tǒng)方法相比，有哪些創(chuàng)新和價值？本白皮書討論了這兩種實現(xiàn)D NoC該方法為展示和軟2提供了示例設計D NoC實現(xiàn)相比，Achronix 2D NoC如何提高性能，減少面積，縮短設計時間。

介紹

Achronix為其Speedster7t系列FPGA通過集成創(chuàng)新，完全重新設計了片上通信架構(gòu)D NoC適應高帶寬數(shù)據(jù)流的需要。在該FPGA設備外圍，這2D NoC連接到所有高速接口，包括多個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)送點和目標NoC訪問節(jié)點（NAP）。這些NAP充當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，我們評估了幾種軟件NoC設計；最后，基于同行評審和FPGA可移植結(jié)構(gòu)，我們選擇了米蘭理工學院的軟2D NoC（https://github.com/agalimberti/NoCRouter，2017）設計。這種軟NoC單向網(wǎng)絡（mesh）蟲洞前瞻性預測切換已經(jīng)實現(xiàn)。這種軟NoC單向網(wǎng)絡（mesh）蟲洞預測切換已經(jīng)實現(xiàn)。在實施過程中，它需要每一個mesh存儲和轉(zhuǎn)發(fā)流控制單元節(jié)點上的多個存儲器（flit）。

量化片上2D NoC實現(xiàn)模式與使用邏輯陣列資源的軟實現(xiàn)模式之間的差異首先創(chuàng)建了一個實例AlexNet 2D卷積的19個實例設計，然后在完整的2個D NoC設計比較了三個主要指標：所需資源和設計性能Jorjin代理以及設計時間建設計時間和在工具中編譯設計時間）。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設計，兩種2D NoC都與現(xiàn)有的2D卷積（conv2d）結(jié)合設計。conv2d設計執(zhí)行輸入圖像AlexNet 2D卷積。此conv2d設計需要一兩個AXI-4連接:一個用于讀取內(nèi)存，一個用于寫入內(nèi)存或共享AXI-四執(zhí)行讀寫。實現(xiàn)和軟NoC選擇單個共享的最佳集成AXI-4接口，conv2d每個模塊的例子mesh節(jié)點。然后，軟NoC啟用了GDDR存儲接口的數(shù)據(jù)入口和出口-軟NoC中間，內(nèi)存接口連接到第20個mesh節(jié)點；內(nèi)置式NoC這種連接已經(jīng)存在于中間。從GDDR6到每個conv2d從節(jié)點到節(jié)點都有節(jié)點通信，但是conv2d節(jié)點之間沒有通信。

Achronix 2D NoC的設計細節(jié)

該設計有19個conv2d訪問模塊實例，訪問每個實例GDDR6存儲器。第20個例子是空閑的，因為GDDR6接口直接連接到集成2D NoC。80個可用的NoC接入點（NAP）其中38個用于連接conv2d實例。每個conv2d實例使用64臺機器學習處理器（MLP），它在垂直方向上覆蓋兩個NAP。因為這個部署是針對內(nèi)置2的D NoC，所以采用雙AXI-4方法連接conv2d模塊。下表列出了本設計中使用的資源。

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），一個端口和本地conv2d實例通信，其他端口與網(wǎng)格中的下一個節(jié)點通信。節(jié)點到節(jié)點連接的頻率為82 MHz，從而在一個節(jié)點上形成最高的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)。