Computational Storage: FPGA von Xilinx als M.2-Beschleuniger

32 GByte DDR4-Speicher und ein Xilinx-FPGA sollen Prozessoren in Servern entlasten.

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Ein M.2-Modul mit FPGA als Beschleuniger
Ein M.2-Modul mit FPGA als Beschleuniger (Bild: Bittware)

Bittware und Xilinx haben gemeinsam einen CSP (Computational Storage Processor) für Rechenzentren vorgestellt. Der kryptisch als 250-M2D bezeichnete Beschleuniger wird in Form multipler M.2-Kärtchen in spezielle Micro-Server gesteckt, wie sie Facebook gerne einsetzt. Die Idee des Computational Storage ist es, die eigentlichen CPUs zu entlasten, indem zusätzliche Chips mit lokalem Speicher versehen und dann per PCIe angekoppelt werden.

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Die 250-M2D setzt hierzu auf einen Kintex Ultrascale+ KU3P, einen 16-nm-FPGA (Field Programmable Gate Array) von Xilinx. Diese programmierbaren Schaltungen weisen 356.000 Logikzellen auf und beinhalten zusätzliche DSPs. Der KU3P befindet sich auf einem M.2-22110-Kärtchen, wie es von NVMe-SSDs bekannt ist, und wird mit bis zu 32 GByte DDR4-Speicher kombiniert, um auch vergleichsweise große Datenmengen zur lokalen Verarbeitung vorhalten zu können.

Gedacht sind die M.2-Kärtchen für die Yosemite-V2-Micro-Server des Open Compute Project: Bis zu zwölf werden auf einen Glacier Point genannten Träger (Sleds) gesteckt, bis zu vier davon passen in ein Rack. Die Glacier Point können mit den Twin Lakes, so heißen die Träger mit Intels bis zu 18-kernigen Xeon D-2100 als CPUs, oder mit den Crane Flat, das sind Mezzanine-Karten für 100-GBit-Ethernet, kombiniert werden. Einer der größten Betreiber solcher Micro-Server ist Facebook für Inferencing und für Front-End-Web-Server.

  • Überblick zu Yosemite v2 (Bild: OCP)
  • Überblick zu Twin Lakes (Bild: OCP)
  • Überblick zu Glacier Point (Bild: OCP)
  • Überblick zu Crane Flat (Bild: OCP)
  • Überblick zu Yosemite v2 (Bild: OCP)
  • Überblick zu Yosemite v2 (Bild: OCP)
  • Computational Storage Processor (Bild: Xilinx)
  • Computational Storage Drive (Bild: Xilinx)
  • Computational Storage Array (Bild: Xilinx)
Überblick zu Yosemite v2 (Bild: OCP)

Computational Storage ist prinzipiell nicht auf CSPs (Computational Storage Processor) beschränkt, es gibt unter anderem noch CSDs (Computational Storage Drive). Ein solches ist die SmartSSD von Samsung (PDF), welche einen Xilinx-FPGA mit 4 TByte Flash-Speicher kombiniert. Diese Drives werden für Planungen in der Luftfahrt mit Apaches Spark SQL eingesetzt, Samsung spricht von Airline Traffic Intelligence.

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