"Pilchard" - SDRAM-Slot als Schnittstelle für FPGA-Prozessor

FPGA-Chips per DIMM schneller als über den PCI-Bus ansprechen

Forscher vom Fachbereich Informatik und Elektrotechnik der Chinese University of Hong Kong haben sich den DIMM-Speichersteckplatz für PC133-SDRAMs als Schnittstelle für programmierbare, austauschbare FPGA-Chips ausgesucht und zu Testzwecken einen DES-Verschlüsselungs-Chip dafür entwickelt. Die herkömmliche Speicherschnittstelle soll im Gegensatz zum komplexeren PCI-Bus eine höhere Bandbreite und geringere Antwortzeiten mit sich bringen, was der als "Pilchard" bezeichneten Technik eine hohe Leistung bescheren soll.

Artikel veröffentlicht am 6. November 2001, 13:07 Uhr, Christian Klaß

So liegt die Bandbreite von 133-MHz-SDRAMs (PC133) mit maximal 1064 MB/s deutlich höher als die des Standard-33-MHz-PCI-Bus (maximal 132 MB/s) in einfachen PC-Systemen. Die Anbindung zwischen Prozessor und FPGA-Co-Prozessor wird damit deutlich weniger zum Flaschenhals.

Die Entwicklungskosten von Pilchard-FPGA-Designs sollen durch nur wenige benötigte Bauteile gering gehalten werden, selbst auf Billig-Mainboards funktionieren und sich damit insbesondere für den Bildungsbereich eignen. Mit FPGAs lassen sich relativ schnell komplette System-on-Chip-Lösungen entwickeln. So gibt es beispielsweise Software, die C-Code und FPGA-Logik umsetzt. Auf Peripherie oder eigenen Speicher sollen die im DIMM-Slot steckenden Chips beispielsweise per Daughter-Board zugreifen können.

Allerdings lassen sich die eingesetzten Field-Programmable-Gate-Array-(FPGA-)Chips - unterstützt werden derzeit Xilinx Virtex and Virtex-E FPGAs - nicht einfach in jedem Mainboard und jeder BIOS-Version nutzen, da zumindest die Timings aufeinander abgestimmt werden müssen, damit die FPGA-Logikschaltkreise nicht durcheinander kommen. Außerdem muss das Betriebssystem auf die ungewöhnliche Nutzung von Speicherbänken vorbereitet werden, die Forscher haben sich dafür eine eigene Linux-Version gestrickt.

Wer nun hofft, seinen Rechner per DIMM-Slots zum leistungsfähigen Multiprozessor-System aufrüsten zu können, sollte bedenken, dass FPGAs zwar verhältnismäßig leicht zu programmieren sind, jedoch nicht die Leistung von reinen Application Specific Integrated Circuits (ASIC) erreichen. Taktraten jenseits von mehreren hundert Megahertz sind bei FPGAs noch nicht erreicht. Außerdem macht die benötigte Anpassung an jede Mainboard-/BIOS-Konfiguration einen kommerziellen Einsatz eher schwierig. Trotzdem dürfte es - auch außerhalb von Lehre, Forschung und Entwicklung - genug spezielle Anwendungsgebiete geben, in denen die Pilchard-Technik interessante Möglichkeiten eröffnet.

Den Namen Pilchard verdankt die Technik der Chinese University of Hong Kong übrigens nicht einem ihrer Entwickler, sondern einem australischen Fisch: Der Western Australian Pilchard, Sardinops sagax neopilchardus, ist ein kleiner, billiger, im Überfluss vorkommender Köderfisch, der ein wichtiger Teil der Nahrungskette ist.