英特尔AGILEX FPGA如何与CXL相互相容

自从英特尔几年前以167亿美元的价格收购Altera以来，FPGA产品组合的推出基本上是英特尔时代之前的产物。然而长时间未有强有力的产品推出，致使Altera原有市场被赛灵思等主要竞争对手所蚕食。不过这几年的时间，英特尔也并没有闲着，而是在花时间和精力进行与Altera的内部技术整合。
 
2019.4.2号这一天，英特尔宣布了其首款完全由其独立设计的FPGA，基于其内部10nm工艺，使用全新Agilex命名。这一系列新产品将于今年晚些时候推出样片，并在一个单一的平台上提供模拟、数字、内存、定制IO和eASIC变体的混合。
 
在新的Intel Agilex FPGA设备中包含的许多创新，包括了一个高带宽、低延迟的计算快速链接(CXL)相干处理器接口IP。英特尔花了四年时间发展CXL规范,今年3月,英特尔加入了其他八个创始成员——阿里巴巴集团、思科、戴尔EMC、Facebook、谷歌,惠普企业(HPE),华为和微软，并宣布建立一个财团，共同开发CXL作为加速计算的开放互连技术，用于使用软件驱动的CPU和特制硬件加速器来加速计算密集型工作负载。

CXL同样是一个开源的协议标准，它提供了一个或多个主机处理器与其他子系统或设备(包括加速器、内存缓冲区和智能I/O设备)之间的高性能连接。CXL基于PCI Express (PCIe) 5.0物理层基础设施，旨在通过异构处理和内存系统解决高性能计算工作负载激增的问题。人工智能和机器学习(AI/ML)、通信和网络系统以及高性能计算(HPC)的应用都得益于CXL的一致性和内存带来的性能提升。
 
CXL互连协议运行在PCIe 5.0 PHY之上，使用x16、x8和x4链路带宽。CXL 1.0以32 GT/s的传输速率首次亮相，这意味着在每个方向传输速率为64 GB/s带宽。CXL标准支持同一链接上的标准PCIe设备和CXL设备。
 
利用PCIe 5.0基础设施使设备和平台更容易采用CXL标准，而无需设计和验证新的高速物理层、描述新通道或开发新的通道扩展设备(如retimer)。
 
CXL标准包括三个协议:
 
CXL IO协议基于现有的PCIe协议，使用标准的PCIe功能，包括设备发现、配置、初始化、I/O虚拟化和直接内存访问(DMA)。
 
CXL 缓存协议使用一个简单的响应协议，允许连接的设备缓存从主机CPU内存中获得的数据。主机处理器使用cache-snoop消息来管理设备级缓存的数据的一致性。
 
CXL 内存协议允许主机处理器以缓存一致的方式直接访问附加到其他CXL设备的内存。CXL内存事务由简单的加载/存储组成。
 
而CXL IO可以重复利用大部分PCIe软件基础设施与现有的设备驱动程序和系统软件，驱动程序和软件将必然需要增强，以充分利用CXL缓存和CXL内存能力。
 
需要指出的是，英特尔还强化了Agilex FGPA 在人工智能方面的能力，可以支持Bfloat16/FP16、INT7/INT2、甚至其它低精度数字格式提供的强化支持。再结合内部的可配置的DSP，可以实现最高40T FLOPS的AI性能。此外，在英特尔 OneAPI 战略的管理下，Agilex FGPA还可与英特尔的CPU、Nervana、Movidius的Myriad系列VPU一起工作。

目前英特尔提供了三个版本的Agilex FGPA 产品组合：分别是F、I、M系列。Intel Quartus Prime软件将于本月起支持新系列产品，不过F系列需要等到今年3季度才上市。
 
延伸阅读：
 
英特尔新成立的CXL组织是个啥？
 
一个由技术公司组成的联盟已经形成了一个名为Compute Express Link的新标准，以在数据中心中央处理器（CPU）和加速器芯片之间提供超快速的互连。
 
其目的是提供突破性的数据中心性能，帮助计算机跟上物联网时代（IoT）数据的爆炸式增长。
 
英特尔数据中心集团执行副总裁兼总经理Navin Shenoy在一篇博客文章中表示，CXL将消除CPU与数据中心专用加速器芯片之间的瓶颈。这是英特尔不仅将自己视为CPU公司，而且还是整个PC和服务器业务的牧羊人的一个例子。正如该公司在其最近的建筑日活动中所说，其重点是处理，架构，内存，软件，安全性和互连。
 
新的Compute Express Link（CXL）将加速快速增长的数据工作负载，例如人工智能和机器学习，富媒体服务，高性能计算和云应用程序。
 
“CXL是以数据为中心的计算的一个重要里程碑，将成为开放，动态加速器生态系统的基础标准，”英特尔技术计划主管Jim Pappas在一份声明中表示。 “就像英特尔共同创建的USB和PCI Express一样，我们可以期待通过CXL标准实现的新一轮行业创新和客户价值。”
 
CXL规范1.0

该小组已批准CXL规范1.0，该规范将改善CPU与其他设备（如二级处理器或加速器）之间的通信。它将为数据密集型应用程序的更高性能提供改进的互连和更好的内存一致性。
 
新的开放标准将有助于为高性能，异构计算创建一个开放的加速器生态系统，鼓励有兴趣的会员公司和机构加入。值得注意的是，英特尔的竞争对手Advanced Micro Devices尚未成为该财团的一部分。 CXL是一个开放的行业标准，旨在支持数据中心加速器和其他高速增强的开放式生态系统。 1.0规格现已上市。
 
“CXL是CCIX以及IBM的OpenCAPI和Nvidea的NVLink的直接竞争对手，”Tirias Research的分析师Kevin Krewell说。 “这是英特尔替代CCIX。 CXL和CCIX都使用PCIe作为底层电气连接。不幸的是，有两个直接竞争的标准试图做同样的事情 - 将CPU和加速器（如神经网络芯片，GPU和FPGA）连接在一个内存相干协议中（PCIe不是一个连贯的接口）。
 
协议之争，英特尔选择自成一派
 
与CXL相似的标准组织有CCIX、OpenCAPI、Gen-Z Consortium（Gen-Z），这些标准组织也早在2016年已相继成立，其中CCIX与CXL同为以PCIe标准为底层连接协议。就各协议现有成员来看，包括AMD、IBM、Xilinx、华为均有参与到各协议中，英伟达也有自家的NVLink，英特尔作为服务器CPU的主要玩家，却并未在此前相关标准协议初创名单之列，即使OpenCAPI联盟也曾表示，欢迎英特尔的加入。

时隔三年，英特尔并未加入此前已有标准组织，而是选择自己拉来微软、阿里、思科、戴尔EMC、Facebook、谷歌、惠普、华为八家巨头公司成立了CXL联盟。英特尔数据中心集团执行副总裁兼总经理Navin Shenoy在其博文中表示，“虽然目前存在其他互连协议，但CXL在提供CPU/设备内存一致性、降低设备复杂性，以及在单一技术中集成行业标准的物理和电气接口方面有独特之处。”