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摘要

隨著越來越多的設備旨在解決現代算法加速工作負荷，高帶寬數據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、高度創新的二維芯片上網(2D NoC）處理這些高帶寬數據流。Achronix的FPGA中特有的2D NoC實現編程邏輯資源實現2是一種創新D NoC與傳統方法相比，有哪些創新和價值？本白皮書討論了這兩種實現D NoC該方法為展示和軟2提供了示例設計D NoC實現相比，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通過集成創新，完全重新設計了片上通信架構D NoC適應高帶寬數據流的需要。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、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送點和目標NoC訪問節點（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中內置的2D NoC，可編程邏輯陣列中使用傳統方法創建的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可移植結構，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單向網絡（mesh）蟲洞前瞻性預測切換已經實現。這種軟NoC單向網絡（mesh）蟲洞預測切換已經實現。在實施過程中，它需要每一個mesh存儲和轉發流控制單元節點上的多個存儲器（flit）。

量化片上2D NoC實現模式與使用邏輯陣列資源的軟實現模式之間的差異首先創建了一個實例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）。結果是在所有三種情況下集成Achronix 2D NoC性能明顯優于軟實現。

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都與現有的2D卷積（conv2d）結合設計。conv2d設計執行輸入圖像AlexNet 2D卷積。此conv2d設計需要一兩個AXI-4連接:一個用于讀取內存，一個用于寫入內存或共享AXI-四執行讀寫。實現和軟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節點。然后，軟NoC啟用了GDDR存儲接口的數據入口和出口-軟NoC中間，內存接口連接到第20個mesh節點；內置式NoC這種連接已經存在于中間。從GDDR6到每個conv2d從節點到節點都有節點通信，但是conv2d節點之間沒有通信。

Achronix 2D NoC的設計細節

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