通過(guò)使用開(kāi)放式 FPGA 堆棧 (OFS) ，BittWare 在其 FPGA 解決方案上提供對(duì) oneAPI 的支持。

概 覽

OFS 包括一個(gè)英特爾 oneAPI 加速器支持包 (ASP)，使得開(kāi)發(fā)人員可以充分利用 FPGA 可編程性的優(yōu)勢(shì)，并在 oneAPI 的支持下，采用 C/C++ 等熟悉的編程語(yǔ)言以及 Visual Studio 和 Eclipse 等開(kāi)發(fā)環(huán)境。

BittWare 提供基于 Agilex 7 FPGA 的加速卡，通過(guò)支持 OFS 和 oneAPI，實(shí)現(xiàn) RTL 和 C/C++ 開(kāi)發(fā)流程。

BittWare 目前有兩個(gè)支持 oneAPI 的 OFS 主板 — IA-840f 和 IA-420f PCIe* 加速器。

BittWare 提供了帶有可下載代碼的 oneAPI 使用示例，包括從 OpenCL* 移植到 oneAPI 的高性能計(jì)算 (HPC) 應(yīng)用。

要點(diǎn)綜述

20 多年來(lái)，BittWare 一直在開(kāi)發(fā)基于英特爾 FPGA 的加速板解決方案。最近，在遷移到 Agilex 7 FPGA 的過(guò)程中，BittWare 希望在其 FPGA 解決方案中提供對(duì) oneAPI 的支持。

為此，BittWare 采用了開(kāi)放式 FPGA 堆棧 (OFS) 及其提供的開(kāi)源 oneAPI 加速器支持包(ASP)，以便在其基于英特爾 Agilex FPGA 的平臺(tái)上編譯高級(jí)設(shè)計(jì) (HLD) 應(yīng)用內(nèi)核。

背景挑戰(zhàn)

英特爾于 2019 年推出了英特爾 Agilex 7 產(chǎn)品家族。從那時(shí)起，Agilex 家族不斷擴(kuò)展，增添了多種功率和邏輯密度不同的 FPGA，適用于各種應(yīng)用。Agilex 7 FPGA 系列屬于高性能英特爾 Agilex FPGA 家族，該系列集成了業(yè)界性能最高的 FPGA，結(jié)構(gòu)性能功耗比比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的最新一代 FPGA 高出約兩倍1。新的 Agilex FPGA 功能更強(qiáng)大，功耗更低，并包括 PCIe* 4.0 和 5.0 等 I/O 功能，針對(duì)廣泛的帶寬、計(jì)算和內(nèi)存密集型應(yīng)用。

這些性能改進(jìn)為 BittWare 的客戶帶來(lái)了更高的價(jià)值，包括邊緣設(shè)備的性能功耗比和數(shù)據(jù)中心的計(jì)算密度。對(duì)于高性能計(jì)算 (HPC) 應(yīng)用，F(xiàn)PGA 的應(yīng)用定制功能能夠更好地將工作負(fù)載與芯片相匹配（相比通用加速器）。

英特爾和 BittWare 合作，使用 oneAPI 將 HPC 工作負(fù)載從巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心移植到 IA-840f 卡上，實(shí)現(xiàn)了 233 倍的加速。該項(xiàng)目在 BittWare 的下一代 Agilex FPGA 助力打造高性能計(jì)算點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中有介紹。

BittWare 還提供高級(jí)編程工具的資源，例如帶有可下載示例代碼的白皮書。這些資源展示了高級(jí)工具如何在利用 Agilex 7 FPGA 高性能的同時(shí)加快開(kāi)發(fā)過(guò)程。

oneAPI 等工具提供了一種并行編程語(yǔ)言，可以將 FPGA 開(kāi)發(fā)抽象化，從而縮短升級(jí)和調(diào)試時(shí)間。相比 NVIDIA 的 CUDA* 或 AMD ROCm*，oneAPI 提供了一種并行編程語(yǔ)言 Data Parallel C++ (DPC++)，用于實(shí)現(xiàn) SYCL。然而，英特爾發(fā)布的 oneAPI 解決了統(tǒng)一編程環(huán)境、工具集和庫(kù)，不僅適用于 GPU，還適用于 CPU、FPGA 和 VPU，如 Gaudi/Gaudi2 AI 處理器。

通過(guò)使用 oneAPI，不太熟悉 FPGA 編程的開(kāi)發(fā)人員可以使用熟悉的設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如 C/C++）和開(kāi)發(fā)環(huán)境（如 Visual Studio 或 Eclipse），并從 FPGA 特有的靈活可重編程架構(gòu)中獲益。開(kāi)發(fā)人員還可以通過(guò) oneAPI 使用高級(jí)設(shè)計(jì)流，從而提高了跨架構(gòu)工作負(fù)載的可移植性。

BittWare 的母公司 Molex 是英特爾的長(zhǎng)期合作伙伴，致力于設(shè)計(jì)和制造企業(yè)級(jí) FPGA 硬件加速產(chǎn)品，幫助客戶更快、更安全地部署解決方案。作為 FPGA 加速行業(yè) 20 年來(lái)的市場(chǎng)領(lǐng)軍企業(yè)，BittWare 已經(jīng)從最早的英特爾 Stratix 和英特爾 Arria FPGA 遷移到最新的Agilex 產(chǎn)品家族。在開(kāi)發(fā)最新版本的“IA”系列 Agilex FPGA 主板時(shí)，他們?cè)噲D利用 OFS 基礎(chǔ)設(shè)施在其平臺(tái)上實(shí)現(xiàn) oneAPI 開(kāi)發(fā)流程。

解決方案

為了確保他們的主板支持 oneAPI 開(kāi)發(fā)流程，BittWare 利用了最新的開(kāi)源 FPGA 開(kāi)發(fā)資源和基礎(chǔ)設(shè)施 OFS。OFS 是第一個(gè)完全開(kāi)源的完整硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施，包括可組合的硬件代碼和上傳到 kernel.org 的內(nèi)核代碼，以實(shí)現(xiàn) FPGA 開(kāi)發(fā)人員的協(xié)作社區(qū)。

OFS 基礎(chǔ)設(shè)施由 FPGA 接口管理器 (FIM) 和加速器功能單元 (AFU) 區(qū)域組成，前者通常被稱為“外殼”，后者是指定的工作負(fù)載開(kāi)發(fā)區(qū)域。通過(guò)使用 OFS，主板開(kāi)發(fā)人員可以利用開(kāi)源基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用或行業(yè)為主板快速開(kāi)發(fā)量身定制的 FIM。同樣，OFS 包括一個(gè)開(kāi)源軟件框架，開(kāi)發(fā)人員可以利用上傳的開(kāi)源內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序來(lái)加速與通用框架的集成。

OFS 基礎(chǔ)設(shè)施提供了一種快速開(kāi)發(fā) FPGA 加速系統(tǒng)的有效方法，可滿足對(duì) FPGA 加速板和工作負(fù)載的需求。提供的 OFS 硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施可以按原樣使用或快速定制，以滿足不斷變化的新市場(chǎng)需求。

英特爾提供的 oneAPI 基礎(chǔ)工具套件包括編譯器和運(yùn)行時(shí)環(huán)境。編譯器將 SYCL 內(nèi)核或 FPGA 應(yīng)用代碼轉(zhuǎn)換為硬件電路。該硬件電路需要額外的邏輯與運(yùn)行時(shí)和 FPGA 板外設(shè)通信。OFS 在 oneAPI ASP 中提供了這個(gè)額外的邏輯。

oneAPI ASP 包含在開(kāi)源的 OFS GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)中，對(duì)于在 OFS 支持的平臺(tái)上編譯和運(yùn)行 HLD 應(yīng)用內(nèi)核必不可少。另外還提供了相應(yīng)的技術(shù)文檔，其中包括在 OFS 平臺(tái)上設(shè)置英特爾 oneAPI 基礎(chǔ)工具套件的快速入門指南。

使用提供的開(kāi)源 OFS 存儲(chǔ)庫(kù)和文檔，BittWare 可以在其英特爾 Agilex 設(shè)備上實(shí)現(xiàn) oneAPI 設(shè)計(jì)流程（非 RTL），幾乎沒(méi)有額外的修改。

結(jié) 果

BittWare 是第一個(gè)采用英特爾 Agilex FPGA F 系列的公司。下表說(shuō)明了使用 OFS 基礎(chǔ)設(shè)施和 oneAPI ASP 開(kāi)發(fā)的兩個(gè)主板。

Craig Petrie，BittWare 副總裁

讓我們的客戶能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)流程獲得強(qiáng)大的芯片，這是我們的致勝法寶，最新一代的英特爾 Agilex FPGA 家族具有很大的性能提升，可以為我們提供更大的助力。通過(guò)使用 oneAPI，我們已經(jīng)看到了它對(duì)各種用戶的價(jià)值，它可以幫助更快地進(jìn)入市場(chǎng)，同時(shí)保持高性能。

如何使用 OFS開(kāi)始 FPGA 加速

FPGA 開(kāi)發(fā)人員可以從 BittWare 支持 OFS 的 IA-420f 或 IA-840f 主板中進(jìn)行選擇，并使用開(kāi)源文檔和源代碼開(kāi)始構(gòu)建自己的自定義工作負(fù)載。

下表概述了開(kāi)發(fā)人員如何使用 BittWare 加速板啟動(dòng)基于 FPGA 的工作負(fù)載開(kāi)發(fā)。

審核編輯：劉清