Intel® Stratix® 10 MX FPGA
Intel® Stratix® 10 MX FPGA ist der unentbehrliche Multifunktionsbeschleuniger für High Performance Computing (HPC), Rechenzentren, virtuelle Netzwerkfunktionen (NFV) und Broadcast-Anwendungen. Diese Komponenten kombinieren die Programmierbarkeit und Flexibilität von Intel® Stratix® 10 FPGA und SoCs FPGA mit 3D-Stacked High-Bandwidth Memory 2 (HBM2). Die Intel® Hyperflex™ FPGA-Architektur ermöglicht eine hochleistungsfähige Core Fabric, die die Bandbreite der In-Package-Speicherkacheln effizient nutzen kann. Die DRAM-Speicherkachel ist physisch mit dem FPGA unter Verwendung von Intels Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) Technologie verbunden.
Siehe auch: FPGA Design-Software, Design Store, Downloads, Community und Support
Intel® Stratix® 10 MX FPGA
Funktionsmerkmale und Vorteile
Höhere Speicherbandbreite
Intel® Stratix® 10 MX-Komponenten bieten eine 10-fach höhere Bandbreite als aktuelle diskrete Speicherlösungen wie DDR4 SDRAM. Herkömmliche DDR4-DIMMs bieten eine Bandbreite von ca. 21 GBit/s, während 1 HBM2-Kachel bis zu 256 GBit/s bietet. Intel® Stratix® 10 MX-Geräte integrieren bis zu zwei HBM2-Geräte in einem einzigen Gehäuse und ermöglichen eine maximale Speicherbandbreite von bis zu 512 GBit/s.
Niedrigere Leistung und optimale Performance/Watt
Intel® Stratix® 10 MX-Geräte integrieren HBM2-Speicher neben der Core Fabric. Die Verbindung zwischen dem Kerngewebe und dem Speicher ist deutlich kürzer, wodurch der Stromverbrauch, der traditionell für lange Leiterplattenbahnen aufgewendet wird, reduziert wird. Die Leiterbahnen sind unterminiert und die kapazitive Belastung ist geringer, was zu einem niedrigeren E/A-Stromverbrauch führt. Das Ergebnis ist eine niedrigere Systemleistung und eine optimale Leistung pro Watt.
Faktor und Benutzerfreundlichkeit
Im Intel® Stratix® 10 MX-Gehäuse sind Speicherkomponenten integriert, wodurch die Komplexität des PCB-Designs reduziert wird. Diese Umsetzung ermöglicht einen kleineren Formfaktor und ein einfaches Nutzungsmodell, was zu einer äußerst flexiblen, einfach zu verwendenden und skalierbaren Lösung führt. Als Beispiel sei hier das eingebettete SRAM (eSRAM) genannt, das das bereits vorhandene Block-RAM mit einer 11,25-fach höheren Gesamtbandbreite (Lesen und Schreiben) und einem 2,6-fach niedrigeren Stromverbrauch im Vergleich zum diskreten QDR IV-10661 ergänzt. Das verbesserte eingebettete SRAM eignet sich ideal für Anwendungen, die höchste RTR-Raten (Random Transaction Rate) erfordern und dazu beitragen, den Bedarf an diskretem QDR zu ersetzen oder zu minimieren, sowie einen E/A-Verbrauch ohne EMIF.
Heterogenes System-in-Package (SiP)
Heterogene System-in-Package (SiP)-Produkte sind hochintegrierte Halbleiter, die FPGA mit verschiedenen fortschrittlichen Komponenten in einem einzigen Gehäuse kombinieren. Das Kernstück von Intels SiP-Produkten ist ein monolithisches FPGA, das den Anwendern die Möglichkeit bietet, ihr Endsystem an ihre Systemanforderungen anzupassen und zu differenzieren. FPGA-basierte SiP-Produkte adressieren Plattformen der nächsten Generation, die zunehmend eine höhere Bandbreite, größere Flexibilität und mehr Funktionalität erfordern, während gleichzeitig die Leistungsprofile und die Anforderungen an den Platzbedarf gesenkt werden.
Ein FPGA-basierter SiP-Ansatz bringt viele Vorteile auf Systemebene im Vergleich zu herkömmlichen Integrationsverfahren.
Höhere Bandbreite
Die SiP-Integration unter Verwendung von EMIB ermöglicht die höchste Verbindungsdichte zwischen FPGA und dem Companion Die. Diese Anordnung führt zu einer Konnektivität mit hoher Bandbreite zwischen den SiP-Komponenten.
Niedrigere Leistung
Companion Die (z. B. Speicher) werden so nah wie möglich am FPGA platziert. Die Verbindungsleitungen zwischen dem FPGA und dem Companion Die sind daher sehr kurz und benötigen nicht so viel Strom, um sie zu betreiben, was zu einem niedrigeren Gesamtstromverbrauch und einer optimalen Leistung/Watt führt.
Kleinerer Fußabdruck
Die Fähigkeit zur heterogenen Integration von Komponenten in einem einzigen Gehäuse führt zu kleineren Formfaktoren. Kunden sparen wertvollen Platz auf der Leiterplatte, reduzieren die Anzahl der Leiterplattenlagen und die Gesamtkosten der Stückliste.
Erhöhte Funktionalität
SiP verringert die Komplexität des Routings auf PCB-Ebene, da die Komponenten bereits in das Gehäuse integriert sind.
Gemischte Prozessknoten
SiP verbessert die Fähigkeit, verschiedene Die-Geometrien und Siliziumtechnologien zu integrieren. Das Ergebnis ist eine hochflexible, skalierbare und einfach zu verwendende Lösung.
Schnellere Markteinführung
SiP erlaubt eine schnellere Markteinführung durch die Integration bereits bewährter Technologie und die Wiederverwendung gemeinsamer Geräte oder Kacheln in verschiedenen Produktvarianten. Diese Implementierung spart wertvolle Zeit und Ressourcen und beschleunigt so die Markteinführung.
Konventionelles vs Heterogenes SiP
Konventioneller Ansatz
- Chip-to-Chip-Bandbreite ist begrenzt
- Systemleistung ist zu hoch
- Format ist zu groß.
Heterogener SiP-Ansatz
- Höhere Bandbreite
- Weniger Energieverbrauch
- Kleinerer Formfaktor
- Verbesserte Funktionalität
- Möglichkeit, Prozessknoten zu mischen
Integration auf Chip-Ebene mit EMIB
Eine innovative, von Intel entwickelte Embedded Multi-Die Interconnect Bridge Multi-Die Verpackungstechnik ermöglicht eine effektive In-Package-Integration von systemkritischen Komponenten wie Analog, Arbeitsspeicher, ASICs, CPU, etc. EMIB bietet einen einfacheren Fertigungsfluss im Vergleich zu anderen in-Package-Integrationstechnologien. EMIB macht die Verwendung von Siliziumdurchkontaktierungen (TSV) und speziellem Interposer-Silizium überflüssig. Das Resultat sind hochintegrierte System-in-Package-Produkte mit höherer Leistung, geringerer Komplexität und überlegener Signal- und Stromversorgungsintegrität. Weitere Informationen über die EMIB-Technologie von Intel finden Sie auf der Intel Custom Foundry Website unter http://www.intel.com/content/www/de/de/foundry/emib.html.
Arbeitsspeicher
FPGA mit Nahspeicher im Gehäuse
Die speichernahen Lösungen von Intel integrieren DRAM mit hoher Speicherdichte in der Nähe des FPGAs im selben Gehäuse. In dieser Konfiguration ist der Zugriff auf den In-Package-Speicher deutlich schneller, mit einer bis zu 10-fach höheren Bandbreite im Vergleich zum herkömmlichen Hauptspeicher. Eine speichernahe Konfiguration senkt auch den Stromverbrauch des Systems, da weniger Leiterbahnen zwischen dem FPGA und dem Speicher vorhanden sind, während gleichzeitig die Leiterplattenfläche reduziert wird.
DRAM System-in-Package (SiP)-Lösungen verwenden High-Bandwidth Memory 2 (HBM2), um Engpässe bei der Speicherbandbreite in Hochleistungssystemen zu beseitigen, die immer größere Datenmengen verarbeiten, wie z. B. in Rechenzentren, Rundfunk- und Fernsehanstalten, drahtgebundenen Netzwerken und Hochleistungscomputersystemen.
HBM2 DRAM
HBM2-DRAM ist ein 3D-Speicher, der mehrere DRAM-Chips unter Verwendung der TSV-Technologie (Through Silicon Via) vertikal stapelt. Im Vergleich zu separaten DDR-basierten Lösungen bietet HBM2-DRAM eine höhere Speicherbandbreite, eine geringere Systemleistung und einen kleineren Formfaktor, wodurch die beste Bandbreite/Watt erreicht wird.
Intel® Stratix® 10 MX-Bausteine integrieren HBM2-Kacheln neben einem hochleistungsfähigen monolithischen 14-nm-FPGA-Die und bieten so eine über 10-fach höhere Speicherbandbreite im Vergleich zu diskreten DRAM-Lösungen.
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