选择 FPGA 平台时需要考虑的 5 个事项

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对于部署或希望部署基于FPGA的应用的公司，他们有多种选择。虽然许多选项看起来相似，因为它们提供相同的组件FPGA，通常是英特尔（Altera）或Xilinx部分，但平台之间存在许多关键差异。这些差异可能会对以下因素产生重大影响：托管它们所需的物理空间，它们持续所需的电源和冷却，以及实际部署，管理和随后支持它们所需的内部资源量。

以下列表重点介绍了用于部署 FPGA 平台的可用选项之间的一些主要差异。

1. 平台类型 — 独立与需要额外服务器硬件和集成的组件部件

2. 运营支出 — 机架单元（RU）、电源和冷却

3. FPGA 容量 — 每 RU 和/或每瓦

4. 平台管理 — 平台是如何部署、管理、监控、调试的？

5. 网络连接 — 接口数量、介质支持/信号完整性、集成端口复制和扇出。

█ 平台类型

当涉及到FPGA平台的类型时，有许多选项可供选择，从自行构建到交钥匙。

按难度排序：

1. 设计、构建、调试，支持定制FPGA平台

2. 购买 FPGA 卡，通常采用 PCI Express 外形，然后集成到服务器中

3. 购买集成的交钥匙 FPGA 平台

考虑到生产和支持第一个选项所需的复杂性，时间和技能组合，这通常只能由供应商和超大规模企业完成。第二种是，FPGA板因其相对较低的购置成本而广受欢迎，但是当与服务器所需的集成以及跨多个供应商（FPGA/服务器）的持续维护和支持相结合时，TCO（总拥有成本）通常高于计划。第三种选择具有许多优点：集成FPGA平台是现成的，支持整个平台，并且通常包括托管FPGA应用所需的一切。

在考虑哪种类型的平台最适合您的业务时，重要的是要考虑集成成本，所需的持续支持量以及内部是否提供该支持以及拥有成本和整体复杂性。

█ 运营支出

在数据中心环境中，运营支出可能超过资本支出，因为设备机架中的空间成本取决于每个机架可以安装的设备数量以及需要多少电源和冷却的组合。

在考虑FPGA平台时，考虑如何最大限度地减少运营支出至关重要;确保您选择的 FPGA 平台适合尽可能少的 RU，消耗尽可能少的功率并产生尽可能少的热量。安装在服务器中的FPGA卡可以提供良好的每RU密度，但它们通常比集成FPGA平台消耗更多的功率，因此产生更多的热量。集成平台通常具有更高的密度，产品提供安装在1 RU机箱中的多个大型FPGA。

选择FPGA平台将有与之相关的运营支出成本;平台以最小的RU消耗最少的功耗提供最高的FPGA密度，可以显着节省持续的运营成本。

█ 现场可编程门阵列容量

在部署 FPGA 平台时，多即是少。

部署有几种选择：公司可以选择部署包含多个FPGA的设备，也可以选择部署多个单FPGA设备。前者可能非常有益，特别是如果它提供与几个单FPGA平台相同的网络连接量。

其优点是FPGA密度更高，FPGA之间互连明显更好（超高带宽和超低延迟），以及降低每个FPGA的功耗和冷却。通过选择能够支持包含更多逻辑、存储器和数字信号处理器（DSP）的大型FPGA器件的平台，FPGA容量也可以显著提高。这些部件的容量可能是该系列中较小部件的五倍。在同一器件中提供多个 FPGA和/或从一个范围内提供更大 FPGA的平台可以显著提高容量和 FPGA 间性能。

█ 平台管理

FPGA应用，即使是联网应用，也很少是黑匣子。它们需要与其他系统接口，因为它们通常没有自己的操作系统。他们需要一个管理平台来启动、停止、部署和排除故障。由于它们通常是远程管理的，因此必须进行安全的远程管理，并且越来越多地需要支持常用的配置管理工具，例如Puppet，Chef和标准监视工具，例如那些利用SNMP的工具。

与大多数应用程序一样，FGPA软件映像理想情况下需要以标准化的方式进行版本控制，部署，存储和上传。管理平台还应为FPGA提供集成的JTAG接口，用于编程、监测和控制。特定 FPGA 和管理平台之间的紧密集成是降低复杂性和运营成本的关键。FPGA与管理平台之间的集成度以及管理平台接口产品的丰富性对FPGA应用的运营管理具有重大影响。

█ 网络连接

大多数FPGA卡的外形尺寸决定了FPGA可用的物理网络连接数量，因为它们通常设计为适合服务器中的标准化PCI Express托架。因此，很难找到具有四个以上物理四端口收发器接口的电路板，从而将电路板限制为最多16个以太网端口。提供8个以太网端口的双四端口接口更为常见。大多数FPGA板具有直接连接到FPGA的收发器笼，要求FPGA应用的以太网接口部分存储“调谐”的信号完整性配置文件，以处理可以插入接口的任何介质类型;不同长度的双轴铜缆，不同类型的光纤收发器。

一些 FPGA 平台在外部收发器笼和 FPGA 接口之间包含第 1 层+交换机，从而无需进行 FPGA 开发工作，每次使用以前未使用的类型或长度的电缆或收发器时，FPGA 平台通常具有更高的端口密度，1 RU 中最多可提供 48 个以太网端口。第 1 层+ 交换机的另一个好处是，来自 FPGA 应用的网络流量可以复制，并由交换机广播到多个出口端口。在多个FPGA端口需要接收相同的传入流量流的情况下，这也适用于入口流量。在这种情况下，当平台包含多个FPGA时，此功能特别有用。