Artiza Networks führt Griffin SmartNIC auf Basis von Intel Agilex® 7 FPGAs und Open FPGA Stack ein

Kurzübersicht:

Die Intel FPGA-SmartNIC-Plattform N6000-PL ist Intels SmartNIC der dritten Generation und bietet 2 x 100 Gbit/s Ethernet-Konnektivität zur Beschleunigung von Kommunikations- und Netzwerk-Workloads. Die Griffin N6060/61 von Artiza Networks ist die neueste in Serie gefertigte Kartenlösung auf Basis der N6000-Plattform. Mit der N6000-Plattform und OFS als Ausgangspunkt hat Artiza Networks die Griffin N6060/61 so angepasst, dass sie doppelt so viele LEs wie die N6000-Plattform enthält und größere, leistungsstärkere Workloads ermöglicht.

Die AFU oder „Workload-Region“ kann ohne besondere Änderungen einfach von früheren Generationen der Intel Programmable Acceleration Card (PAC) portiert werden, einschließlich Intel FPGA PAC D5005 AFU und Intel FPGA PAC N3000 AFU. Durch die doppelte Anzahl an LEs verdoppelt sich auch die AFU-Kapazität gegenüber den Plattformen N3000 und N6000.

Hintergrund und Herausforderung

Artiza Networks ist ein Branchenführer im Bereich der 3G-, 4G- und 5G-Mobilfunknetze, einschließlich der Domänen für Funkzugangsnetzwerke (RAN) und Kernnetzwerke (CN). Seit über 20 Jahren arbeitet Artiza mit den wichtigsten Anbietern und Betreibern in der Netzwerkbranche beim Testen der RAN- und CN-Knoten der weltweit fortschrittlichsten Mobilfunknetze zusammen.

Im Jahr 2021 kündigte Intel seine neueste Intel FPGA-SmartNIC-Plattform N6000-PL an, eine Entwicklungsplattform mit Intel Agilex® 7 FPGAs der F-Reihe. Die N6000-Plattform bot erhebliche Leistung- und Performanceverbesserungen im Vergleich zur Vorgängerversion, der Intel FPGA-PAC N3000. Diese Entwicklungsplattform sollte Kommunikations- und Netzwerk-Workloads in verschiedenen Anwendungen wie vRAN, Virtual Cell Site Router (vCSR), Cloud Native Contrail Networking (CN2), SMTE ST2110 und User Plane Funktion (UPF) unterstützen. Die N6000-Plattform verbesserte auch die Beschleunigungslösung für die Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) der Intel FPGA-PAC N3000.

Die umfangreichen Engineering-Ressourcen von Artiza, einschließlich Fachwissen in der Platinen-, FPGA- und DSP-Entwicklung (Digital Signal Processing) für kabelgebundene und Basisband-Lösungen, verbunden mit seiner Führungsposition in der Branche, haben es Artiza ermöglicht, seine neueste SmartNIC, die Griffin N6060/61, zu entwickeln. Die Griffin N6060/61 ist abgeleitet von der Intel FPGA-SmartNIC-Plattform N6000-PL.

Wenn jedoch lediglich die Karte verkauft würde, müssten Workload-Anbieter nach dem Kauf der Griffin N6060/61 weiterhin Ressourcen für die FPGA-Workload-Entwicklung aufbringen. Dieser Workflow würde Hardware- und Softwareentwicklung beinhalten, von Hardwaresynthese, Kompilierung, Routing- und Timing-Verbesserungen bis hin zur Softwaretreiberentwicklung und Orchestrierung/Virtualisierung. Dies ist ein langwieriger Entwicklungszyklus, der in der Regel 9 bis 12 Monate dauern würde.

Lösung

Um den Entwicklungsprozess für anwendungsspezifische FPGA-Boards zu vereinfachen und die Problematik für Workload-Anbieter, die ihr Board schließlich kaufen würden, zu verringern, übernahm Artiza Networks die OFS-Methode.

OFS ist eine Open-Source-Infrastruktur, die die Entwicklungszeit von anwendungsspezifischen FPGA-basierten Boards und Workloads reduzieren soll. Dies ist ein wichtiges grundlegendes Tool, das es FPGA-Entwicklern ermöglicht, die Entwicklung durch Bereitstellung einer vollständig auf Open Source basierenden Infrastruktur mit Referenzhardware zu beschleunigen und zu standardisieren. Die OFS-Infrastruktur umfasst einen FPGA Interface Manager (FIM), der allgemein als „Shell“ bezeichnet wird, und eine AFU-Region, die für die Workload-Entwicklung vorgesehen ist. Mit OFS können Board- oder FIM-Entwickler die Open-Source-Infrastruktur (oder Basis-FIM) nutzen, um schnell einen maßgeschneiderten, auf die Zielanwendung oder Branche zugeschnittenen FIM für ihr Board zu entwickeln.

Durch die Anwendung des OFS-Workflows übernahm Artiza Networks eine Open-Source-Hardware- und -Software-Infrastruktur, die als Ausgangspunkt für die eigene Entwicklung diente und die Markteinführungszeit erheblich verkürzte. Der gesamte Quellcode und die technische Dokumentation, die für die Entwicklung auf Basis von Intel Agilex FPGAs vorgesehen sind, werden auf der von Artiza genutzten Intel FPGA-SmartNIC-Plattform N6000-PL validiert und getestet. Das bedeutet, dass Entwickler mit OFS sofort Zugriff auf ein Start-Framework haben – eine in puncto Timing geschlossene FPGA-Shell, die kompiliert werden kann, funktionierende Host-Exerciser, Firmware/RTL, eine funktionierende Software- und Hardware-Verbindung, Bandbreite und Board-Monitoring-Informationen. Nach der Installation kann der Server sofort den Status und die Funktionalität der Karte überprüfen.

Ein weiterer Vorteil von OFS ist, dass Workload-Anbieter jetzt über eine Bibliothek von Softwaretreibern verfügen, die das FPGA mit der Anwendungsschicht verbinden. Dadurch muss Artiza Networks keine eigenen FPGA-Musterdesigns entwickeln. Das stellt auch sicher, dass sich Workload-Anbieter auf die RTL-Entwicklung konzentrieren können, ohne wesentliche Änderungen an der FPGA-Shell, den I/O-Funktionen oder dem Arbeitsspeicher vorzunehmen.

Ergebnisse

Muster der Griffin-N6060/N6061-Karten wurden ab Juni 2023 in Japan, den USA, China, Indien und Finnland ausgeliefert. Die Erweiterungskarte entspricht im Format mit voller Höhe und 3/4-Länge GPU-Profilen und kann in Servern mit PCIe-4.0-x16-Steckplatz installiert werden. Da die Karte dieselben 8-poligen ATX-Anschlüsse wie eine GPU verwendet, kann sie auch in Servern anstelle einer GPU installiert werden.

Artiza Networks plant, Griffin-N6060/N6061-Karten mindestens sieben Jahre lang bereitzustellen. Das Unternehmen beabsichtigt auch, PCIe-basierte SmartNICs als Nachfolger der Griffin weiterzuentwickeln. Die Griffin N6060/N6061 ist für vRAN-, NFV- und MEC-Netzwerkanwendungen konzipiert.

Einstieg in die FPGA-Beschleunigung mit OFS

FPGA-Entwickler können die OFS-fähige Griffin N6060/N6061 SmartNIC von Artiza Networks nutzen und Open-Source-Dokumentation und Quellcode verwenden, um mit der Entwicklung ihres benutzerdefinierten Workloads zu beginnen.

Die folgende Aufstellung zeigt, wie Entwickler mit der FPGA-basierten Workload-Entwicklung unter Verwendung der Beschleunigungskarte von Artiza Networks beginnen können.