阿里云FPGA云服务器F1简介及开发与部署

阿里云 FaaS F1 服务器使用基于20nm工艺的Intel Arria 10 1150 FPGA，提供了良好的高速及并行性能支撑；DDR为64-bit SODIMM，运行频率2133MHz，两套内存能提供34GB/s的数据缓存带宽；和Host通信为8-Lane PCIe GEN3；同时提供丰富的内部可配时钟资源供开发使用。

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硬件规格：

规格	描述
尺寸规格	169.5mm x 68.9mm, 标准半高半长，占单个槽位
FPGA型号	A10 1150
PCIe接口	PCIe GEN3 X8
内存	2 x DDR4 2133， 容量为2 x 8GB
Flash	2Gbit容量，32bit位宽，用于存储FPGA程序
Ethernet接口	暂不支持
时钟模块	系统时钟可配置
电源	整板由PCIe插槽供电，无需外部供电，符合PCIe标准
功耗	45W(Peak)，30W(Average)
散热	主动散热
工作环境温度	理想环境温度 0-30℃，最高55℃
加载升级	支持在线加载重加载用户逻辑，支持远程升级Flash
峰值性能	1.5TFlops
更新shell image	5分钟

 

目前公开了并提供下述两种实例供客户选择。

 

实例规格	vCPU	MEM (GiB)	FPGA	内网带宽(Gbit/s)	内网收发包(万PPS)	多队列
f1-c8f1.2xlarge	8	60	Intel A10 x1	2	80	4
f1-c28f1.7xlarge	28	112	Intel A10 x1	5	200	8

 

 

软件

阿里云为F1平台开发与部署提供“FaaS F1基础镜像”，预装了授权的Quartus 17.0、Synopsis VCS 2017.3仿真环境、基于Intel DCP1.1(包含HDK、SDK以及文档) 的开发环境，并包含开发实例。这个镜像同时支持RTL和OpenCL的开发，无需切换Shell。预安装环境的镜像为客户提供了即开即用的便利体验。

 

阿里云提供安全隔离系统，实现下载镜像的统一管理和安全隔离机制。用户可以使用faascmd软件把编译好的加速器转换为阿里云的下载镜像，并下载到相应的FPGA。从安全和系统管理的角度，阿里云不会提供直接下载Bitstream到FPGA的接口。 同时，faascmd软件也提供全套的镜像管理流程，例如查看、删除及上传等等操作。

 

阿里云同时提供支持流程使得加速器开发商可以将加速器下载镜像，或者虚拟机镜像发布到Marketplace进行销售和分享。

 

 

开发与部署

通常一个加速器设计到涉及到软件和硬件的开发。阿里云基于Intel DCP（Discrete Configurable Platform）提供了相应的SDK和HDK来支持F1平台的加速逻辑设计。平台结构如下图。



SDK包括Drivers和Library。用户可以基于SDK开发自己的应用Application。 Driver层面主要由Intel OPAE（Open Programmable Acceleration Engine）支持，完成和FPGA交互的各种底层驱动，例如bitstream处理，数据交换以及系统数据交互仿真环境等等；Library可由用户或者官方共同提供，用于支持特定场景的应用开发。



HDK提供了FPGA内部Shell来处理一些公用的接口逻辑，例如PCIe，外部DDR控制，时钟控制等通用接口逻辑。用户需要根据这些通用逻辑的接口要求开发AFU（Accelerator Function Units）。DCP中加速模块和上位机交互主要通过CCI接口来作为桥梁；同时提供基于Avalon-MM总线接口的外部存储接口（EMIF）来访问DDR RAM。

 

在F1基础镜像中，分别基于RTL开发的实例dma_afu和基于OpenCL流程的实例Matrix Multiplication。开发者可以参照例程快速开发自己的加速应用。