OpenCL

인텔 FPGA 소프트웨어 개발용

인텔 OpenCL SDK를 지원하는 Arria 10 및 Stratix 10 FPGA 카드용 BSP

개요

OpenCL FPGA 개발은 FPGA 개발에 대한 지식이 거의 없거나 전혀 없는 팀에 적합합니다. 또한 기존 HDL 워크플로보다 빠른 처리가 필요한 모든 팀에게 적합한 솔루션입니다. BittWare FPGA 카드의 OpenCL은 더 많은 개발자 풀을 확보하여 당사 제품이 제공하는 고급 하드웨어를 활용할 수 있도록 합니다.

비트웨어는 비트웨어가 튜닝한 보드 지원 패키지(BSP)를 통해 인텔 OpenCL SDK를 지원하는 다양한 인텔 FPGA 기반 카드(Arria 10 및 Stratix 10 디바이스)를 제공합니다.

기존 CPU 또는 GPU 기반 애플리케이션이 FPGA 가속화의 이점을 누릴 수 있는지 궁금하신가요? 유니티는 벤치마크를 수행하여 잠재적인 성능 향상을 예측할 수 있습니다. 시작하려면 애플리케이션 최적화 서비스에 대해 문의하세요.

OpenCL 지원은 인텔 Stratix 10 및 Arria 10 FPGA가 탑재된 일부 카드로 제한됩니다. Agilex를 비롯한 최신 세대 FPGA의 고급 툴플로우를 위해 유니티는 다음을 제공합니다. oneAPI(지원되는 제품에 대해 알아보려면 여기를 탭하세요).

툴 흐름 유연성
소프트웨어 또는 하드웨어 기반 개발용

소프트웨어 지향 고객을 위한 OpenCL 지원
더 빠른 개발을 위한 기권
FPGA 실행 파일, 드라이버 및 API를 위한 푸시 버튼 흐름
최적화된 HDL IP 코어를 OpenCL 설계에 라이브러리로 추가하기

OpenCL이란 무엇인가요?

OpenCL 소프트웨어 언어

OpenCL(오픈 컴퓨팅 언어) 표준은 이기종 시스템에서 알고리즘을 가속화하기 위한 최초의 로열티 없는 개방형 통합 프로그래밍 모델입니다. OpenCL 소프트웨어를 사용하면 CPU(중앙 처리 장치), GPU(그래픽 처리 장치), DSP(디지털 신호 프로세서), FPGA(필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이) 등 다양한 플랫폼에서 코드를 개발하기 위해 C 기반 프로그래밍 언어를 사용할 수 있습니다.

OpenCL 산업 표준을 통해 엔지니어링 팀은 하드웨어 및 펌웨어 엔지니어가 HDL로 프로그래밍해야 했던 수준의 세부 사항 없이도 FPGA 기술 기반 제품을 타겟팅할 수 있습니다. 기존 CPU/GPU C 또는 OpenCL 코드를 인텔 OpenCL 소프트웨어 개발 키트로 재컴파일하여 즉시 FPGA 하드웨어 리소스를 활용할 수 있습니다.

기존 코드를 포팅하거나 새로운 알고리즘을 개발할 때 OpenCL 소프트웨어를 새로운 표준으로 사용하면 FPGA 기반 가속기 제품의 출시 기간을 단축할 수 있습니다.

OpenCL을 사용한 FPGA 프로그래밍

프로그래머는 OpenCL 코드에서 하드웨어 수준 최적화를 자동으로 수행하여 전용 FPGA 가속기를 구축할 수 있습니다. 주요 FPGA 기능과 이점은 구문으로 추상화되어 있으며 프로그래머는 컴파일러를 사용하여 고도로 병렬화된 애플리케이션을 생성할 수 있습니다. 재구성 가능한 FPGA 로직을 통해 하드웨어 전용 기능을 위한 전용 및 최적화된 블록을 생성할 수 있습니다.

역사적으로 FPGA는 정수 연산 가속기로 사용되어 왔지만, 이제 Arria 10 FPGA 제품군은 전용 부동 소수점 리소스(최대 1.5 TFLOPS)로 더 높은 FLOPS를 제공하며, OpenCL 소프트웨어가 이를 원활하게 활용하여 완전히 새로운 범위의 애플리케이션이 FPGA의 이점을 활용할 수 있습니다.

이전 세대의 FPGA 가속기는 IO 처리량 또는 메모리 대역폭에 의해 제한되었지만, OpenCL 소프트웨어 개발 키트는 OpenCL 채널 확장을 통해 고속 커널 간 및 커널-IO 간 데이터 전송을 가능하게 하여 FPGA 로직의 높은 컴퓨팅 성능과 IO의 속도 간의 균형을 맞추는 데 도움을 줍니다.

채널 기능과 내부 및 온보드 메모리를 GPU와는 다른 방식으로 애플리케이션의 필요에 맞게 맞춤 설정할 수 있는 매우 유연한 메모리 구성이 결합되어 고객 인프라에서 최적화된 스트림 컴퓨팅 노드로서 BittWare FPGA 가속기를 사용할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.

OpenCL 소프트웨어 개발 키트를 지원합니다:

수천 개의 병렬 커널 실행
정수 연산에 최적화된 구성 가능한 FPGA 로직
새로운 전용 부동 소수점 FPGA 리소스(최대 1.5 TFLOPS)
구성 가능한 로컬 및 전역 메모리
커널 간/커널-IO 간 고대역폭 채널
저전력

인텔 도구 흐름

인텔 OpenCL SDK는 소프트웨어 프로그래머를 위한 개발 환경으로, FPGA 설계 고려 사항은 추상화되어 컴파일러에서 자동으로 처리됩니다. 이 흐름은 소프트웨어의 디버그 및 최적화 주기를 기반으로 하며, 대부분의 애플리케이션이 설계 및 최적화되었을 때 FPGA 컴파일은 제한된 횟수만 수행됩니다.

기능 검증을 위한 에뮬레이터
FPGA 아키텍처를 위한 OpenCL 최적화 - 300개 이상의 최적화
a. 병렬 처리 증가
b. 파이프라인 확보
c. FPGA 하드웨어 리소스 사용
d. ...
프로파일 커널 성능
FPGA 하드웨어 타깃으로 컴파일

프로그래머는 간단한 설계 지침을 따라 최소한의 노력으로 플랫폼 간에 커널 코드를 포팅하여 게이트 수준의 성능을 갖춘 OpenCL 코드를 얻을 수 있는 OpenCL용 인텔 SDK가 정식 프로덕션 릴리스에 포함되어 있습니다. OpenCL SDK는 FPGA 가속기 솔루션의 생산 및 배포를 위한 가장 효율적인 경로입니다.

HDL과 OpenCL 성능 비교

CERN은 BittWare 385 보드에서 HDL과 OpenCL로 프로그래밍된 두 알고리즘을 비교한 연구 결과를 발표했습니다.

더 빠른 개발: 2.5개월 대 2주

더 쉬운 개발: 3,400개 라인 대 250개 라인

비슷한 성능: 35배 대 26~30배 가속

CERN은 코드 기반이 작을수록 업데이트하기 쉽다는 점에서 OpenCL을 사용하는 HDL 지원 팀의 경우에도 이점이 있다고 언급했습니다. FPGA 로직/DSP 리소스 사용량도 두 접근 방식에서 비슷했습니다.

출처: 재구성, 트리거 및 머신 러닝을 위한 HL-LHC 워크샵(MIT "재구성을 위한 코프로세서로서의 FPGA") 슬라이드 19.

보드 지원 패키지

BSP란 무엇인가요?

FPGA 기반 하드웨어 및 알고리즘 가속에 대한 BittWare의 전문 지식은 OpenCL 보드 지원 패키지에 집중되어 있습니다. 온보드 리소스와 FPGA 로우레벨 리소스는 BSP에 의해 자동으로 활용되므로 프로그래머는 FPGA의 물리적 구현이 아닌 알고리즘에 집중할 수 있습니다.

BittWare BSP 제품은 특정 요구 사항에 맞게 맞춤화되어 있습니다. 컴퓨팅 집약적인 애플리케이션의 경우, HPC BSP는 FPGA의 리소스 활용을 극대화합니다. 데이터 스트리밍 가속화의 경우, 네트워크 스트림 지원 MAC BSP는 인스트림 비트 작업을 위해 FPGA 패브릭으로 바로 데이터 흐름을 제공합니다.

인텔의 OpenCL SDK와 비트웨어의 BSP를 결합하면 새롭게 제공되는 OpenCL 채널 기능을 사용할 수 있습니다. 채널은 커널 간 또는 IO 대 커널 간 고대역폭 데이터 전송을 허용하는 OpenCL 구조입니다. 이러한 OpenCL 채널을 통해 고대역폭 FPGA 패브릭 로컬 메모리 대역폭을 활용할 수 있습니다.

완전 통합 솔루션

BittWare OpenCL 지원 FPGA 가속기는 완전히 통합되고 프로덕션에 바로 사용할 수 있는 솔루션으로 제공됩니다. BSP는 개발 및 런타임 시스템에서 단일 인스톨러를 통해 설치 및 배포할 수 있습니다. 또한 BittWare는 필요한 고객을 위해 인텔 쿼터스-II/OpenCL SDK 라이선스가 포함된 BSP 디버그 키트를 제공합니다.

BittWare OpenCL BSP에는 프로덕션 시스템 배포를 용이하게 하는 몇 가지 기능도 포함되어 있습니다:

보드 상태(전력 소비 및 온도)
인텔 PCIe 하드 IP 코어(업계 표준 시스템에서 테스트 완료)
플래시 복구 메커니즘

또한 모든 소프트웨어 및 하드웨어가 포함된 사전 설치되어 바로 사용할 수 있는 통합 서버를 제공합니다.

HPC BSP

고성능 컴퓨팅 BSP 또는 HPC BSP는 사용자 알고리즘에 더 많은 양의 FPGA 리소스를 제공합니다.

최적화된 OpenCL 커널 코드의 여러 병렬 인스턴스를 복제하여 FPGA 패브릭 활용도를 극대화하려면 OpenCL SDK 기능을 사용하세요.

고대역폭 커널 간 채널 지원

일반적인 애플리케이션:	리소스 사용량:
암호화 압축 기타	PCIe 호스트 인터페이스 온보드 글로벌 메모리 버퍼

맞춤형 BSP

비트웨어는 또한 특정 요구 사항에 맞는 맞춤형 보드 지원 패키지를 개발할 수 있습니다. BittWare FPGA 가속기는 여러 I/O 프로토콜을 지원합니다. 당사의 FPGA 가속 전문가 팀이 귀사와 협력하여 맞춤형 보드 지원 패키지를 개발할 수 있습니다.

가속기 지표

OpenCL과 호환되는 BittWare FPGA 가속기는 세 가지 FPGA 제품군을 기반으로 합니다: 시스템 요구 사항에 맞는 FPGA 가속기를 선택할 때 고객은 먼저 최상위 레벨에서 알고리즘의 FPGA 리소스 요구 사항과 FPGA 가속기 기능을 살펴봐야 합니다.

다음 섹션에서는 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 FPGA 가속기 및 보드 지원 패키지를 제공하며, BittWare BSP IP 오퍼링에 대해 설명합니다.

Metric	385	395	385A	510T	520N(L-타일) () ()	520N(H-타일) () ()	520N-MX(H-Tile)
호스트에서 글로벌 메모리 대역폭까지	8레인 PCIe 2.0	8레인 PCIe 2.0	8레인 PCIe 3.0	16레인 PCIe 3.0(8레인 2개)	16레인 PCIe 3.0(*)	16레인 PCIe 3.0(*)	16레인 PCIe 3.0(*)
글로벌 메모리 깊이	2x 4GB	4x 8GB(*)	최대 2x 4GB	최대 4x 4GB(*)	4x 8GB	4x 8GB	HBM2 (*)
IO 채널	네트워크: 2x 10GbE MAC(MAC BSP)	네트워크: 4x 10GbE MAC(MAC BSP)	보드 간 연결: 40Gbps 직렬 링크 2개 또는 네트워크: 10GbE MAC(MAC BSP) 2개	보드 투 보드: 40Gbps 직렬 링크 2개	보드 투 보드: 40Gbps 직렬 링크 4개	보드 투 보드: 100Gbps 직렬 링크 4개	보드 간 연결: 4x 100Gbps 직렬 링크(QSFP28을 통한)

(*) 구매 가능 여부 및 자세한 내용은 문의
(**) 520C와도 호환되지만 보드 간 IO 채널은 지원하지 않습니다.

OpenCL 경험

경험 및 혁신

비트웨어와 인텔의 OpenCL SDK 지원 파트너십은 지난 20년간 FPGA의 고급 언어 프로그래밍을 장려해 온 비트웨어의 경험을 논리적으로 이어받은 것입니다. 고객의 시스템 과제를 이해하고 고객의 애플리케이션을 가속화하고 최적화하기 위한 최상의 접근 방식을 파악하는 것은 BittWare의 DNA입니다.

비트웨어 포커스

비트웨어는 FPGA 기반 제품이 그래야 한다고 생각합니다:

직관적이고 간편한 사용
유연성
프로덕션 준비 완료
간편한 배포
고객 시스템에 통합

OpenCL은 이러한 목표를 달성할 수 있다고 믿으며, 여러분의 성공을 기대합니다!

시스템 가속 전문가로 구성된 팀

비트웨어는 프로그램의 성공을 보장하기 위해 고객과 함께할 수 있는 최고의 설계 및 엔지니어링 팀을 구성했습니다. 개발 초기 단계부터 고객과 긴밀히 협력하여 다양한 분야를 활용하여 최소한의 리스크로 정시에, 예산에 맞게, 사양에 맞는 솔루션을 제공할 때 가장 효과적입니다.

비트웨어 디자인 서비스 핵심 가치: