Thẻ tăng tốc có thể lập trình AN 872 với Intel Arria 10 GX FPGA

Giới thiệu

Về tài liệu này

Tài liệu này cung cấp các phương pháp để ước tính và xác thực hiệu suất năng lượng và nhiệt của thiết kế AFU của bạn bằng cách sử dụng Thẻ tăng tốc có thể lập trình Intel® với Intel Arria® 10 GX FPGA trong nền tảng máy chủ đích.

Thông số kỹ thuật điện

Bộ điều khiển quản lý bo mạch giám sát và quản lý các sự kiện nhiệt và điện trên Intel FPGA PAC. Khi bo mạch hoặc FPGA quá nóng hoặc tiêu thụ dòng điện quá mức, bộ điều khiển quản lý bo mạch sẽ tắt nguồn FPGA để bảo vệ. Sau đó, nó cũng làm hỏng liên kết PCIe, điều này có thể gây ra sự cố hệ thống không mong muốn. Tham khảo Tự động tắt máy để biết thêm chi tiết về tiêu chí kích hoạt tắt bo mạch. Trong các trường hợp bình thường, nhiệt độ và công suất của FPGA cho đến nay là nguyên nhân hàng đầu gây ra tắt máy. Để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và đảm bảo tính ổn định của hệ thống, Intel khuyến nghị rằng tổng công suất của bo mạch không vượt quá 66 W và công suất của FPGA không vượt quá 45 W. Các thành phần riêng lẻ và cụm bo mạch có khả năng thay đổi công suất. Do đó, các giá trị danh nghĩa thấp hơn giới hạn để đảm bảo rằng bo mạch không bị tắt ngẫu nhiên trong một hệ thống có khối lượng công việc và nhiệt độ đầu vào khác nhau.

Thông số kỹ thuật điện

Hệ thống	Tổng công suất bảng (watt)	Công suất FPGA (watt)
Một hệ thống có Trình quản lý giao diện FPGA (FIM) và AFU chạy với khối lượng công việc điều tiết trong trường hợp xấu nhất trong tối thiểu 15 phút ở nhiệt độ lõi là 95°C.	66	45

Tổng công suất của bo mạch khác nhau tùy thuộc vào thiết kế Đơn vị Chức năng Bộ Gia tốc (AFU) của bạn (số lượng và tần suất chuyển đổi logic), nhiệt độ đầu vào, nhiệt độ hệ thống và luồng không khí của khe đích cho Intel FPGA PAC. Để quản lý sự thay đổi này, Intel khuyên bạn nên đáp ứng thông số kỹ thuật nguồn điện này để tránh tắt nguồn bởi Bộ điều khiển quản lý bo mạch.

Thông tin liên quan

Tự động tắt máy.

Điều kiện tiên quyết

Nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) của máy chủ phải xác thực rằng mỗi Intel FPGA PAC giao tiếp với khe cắm PCIe trong nền tảng máy chủ mục tiêu có thể duy trì trong giới hạn nhiệt ngay cả khi bo mạch tiêu thụ công suất tối đa cho phép (66 W). Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo Intel PAC với Nguyên tắc đánh giá nền tảng FPGA Intel Arria 10 GX(1).

Yêu cầu công cụ

Bạn phải có các công cụ sau để ước tính và đánh giá hiệu suất năng lượng và nhiệt.

• Phần mềm:
  • Ngăn xếp tăng tốc của Intel để phát triển
  • bộ công cụ BW
  • Thiết kế AFU(2)
  • Tập lệnh Tcl (tải xuống) – Cần thiết để định dạng chương trình file để phân tích
  • Công cụ ước tính năng lượng sớm cho các thiết bị Intel Arria 10
  • Bảng ước tính công suất Intel FPGA PAC (tải xuống)
• Phần cứng:
  • Intel FPGA PAC
  • Cáp micro-USB(3)
  • Máy chủ mục tiêu cho Intel FPGA PAC(4)

Intel khuyên bạn nên làm theo Hướng dẫn khởi động nhanh ngăn xếp tăng tốc của Intel dành cho Thẻ tăng tốc có thể lập trình của Intel với FPGA Intel Arria 10 GX để cài đặt phần mềm.

Thông tin liên quan

Hướng dẫn bắt đầu nhanh ngăn xếp tăng tốc của Intel dành cho thẻ tăng tốc có thể lập trình của Intel với FPGA Intel Arria 10 GX.

1. Liên hệ với đại diện hỗ trợ của Intel để truy cập tài liệu này.
2. Thư mục build_synth được tạo sau khi bạn biên dịch AFU của mình.
3. Trong Ngăn xếp Tăng tốc 1.2, việc giám sát bo mạch được thực hiện qua PCIe.
4. Đảm bảo rằng OEM của bạn đã xác thực (các) khe cắm PCIe được nhắm mục tiêu theo Nguyên tắc kiểm định nền tảng dành cho Intel FPGA PAC của bạn.

Sử dụng Bộ điều khiển quản lý bảng

Tự động tắt máy

Bộ điều khiển quản lý bo mạch giám sát và kiểm soát việc đặt lại, các đường ray nguồn khác nhau, FPGA và nhiệt độ bo mạch. Khi Bộ điều khiển quản lý bo mạch cảm nhận được các điều kiện có khả năng làm hỏng bo mạch, nó sẽ tự động tắt nguồn bo mạch để bảo vệ.

Ghi chú: Khi FPGA mất nguồn, liên kết PCIe giữa Intel FPGA PAC và máy chủ bị hỏng. Trong nhiều hệ thống, liên kết xuống PCIe có thể gây ra sự cố hệ thống.

Tiêu chí tự động tắt máy

Bảng sau đây liệt kê các tiêu chí vượt quá tiêu chí mà Bộ điều khiển quản lý bo mạch tắt nguồn bo mạch.

Tham số	Ngưỡng giới hạn
Công suất Ban	66W
Dòng điện đa năng 12v	6 Một
Bảng nối đa năng 12vtage	14 vôn
Dòng điện 1.2v	16 Một
1.2v thể tíchtage	1.4 vôn
Dòng điện 1.8v	8 Một
1.8v thể tíchtage	2.04 vôn
Dòng điện 3.3v	8 Một
3.3v thể tíchtage	3.96 vôn
Khối lượng lõi FPGAtage	1.08 vôn
Lõi FPGA hiện tại	60 Một
Nhiệt độ lõi FPGA	100°C
Nhiệt độ cung cấp lõi	120°C
Nhiệt độ bảng	80°C
Nhiệt độ QSFP	90°C
Tập QSFPtage	3.7 vôn

Phục hồi sau khi tự động tắt máy

Bộ điều khiển quản lý bảng sẽ tắt nguồn cho đến chu kỳ nguồn tiếp theo. Do đó, khi tắt nguồn thẻ Intel FPGA PAC, bạn phải cấp nguồn cho máy chủ để cấp nguồn trở lại cho Intel FPGA PAC.

Nguyên nhân phổ biến của việc tắt nguồn là do FPGA quá nóng (khi nhiệt độ lõi trên 100°C) hoặc dòng điện quá mức của FPGA. Điều này thường xảy ra khi thiết kế AFU vượt quá giới hạn công suất do Intel FPGA PAC xác định hoặc không có đủ luồng không khí. Trong trường hợp này, bạn phải giảm mức tiêu thụ điện năng trong AFU của mình.

Giám sát các cảm biến trên bo mạch bằng OPAE

Sử dụng chương trình dòng lệnh fpgainfo để thu thập dữ liệu cảm biến nhiệt độ và công suất từ ​​Bộ điều khiển quản lý bo mạch. Bạn có thể sử dụng chương trình này với Acceleration Stack 1.2 trở lên. Đối với Ngăn xếp tăng tốc 1.1 trở lên, hãy sử dụng công cụ BWMonitor như được mô tả trong phần tiếp theo.

Để thu thập dữ liệu nhiệt độ:

• bash-4.2$ fpgainfo tạm thời

Sample đầu ra

Để thu thập dữ liệu điện

• bash-4.2$ sức mạnh fpgainfo

Sample đầu ra

Giám sát các cảm biến trên bo mạch bằng BWMonitor

• BWMonitor là một công cụ BittWare cho phép bạn đo nhiệt độ FPGA/bo mạch, voltage và hiện tại.

Điều kiện tiên quyết: Bạn phải cài đặt cáp micro-USB giữa Intel FPGA PAC và máy chủ.

1. Cài đặt phần mềm, chương trình cơ sở và bộ tải khởi động BittWorks II Toolkit-Lite thích hợp.

Bộ công cụ BittWorks II tương thích với hệ điều hành Phiên bản Lite

Hệ điều hành	Giải phóng	Phiên bản BittWorks II Toolkit-Lite	Cài đặt lệnh
CentOS 7.4/RHEL 7.4	2018.6 Doanh nghiệp Linux 7 (64-bit)	bw2tk- lite-2018.6.el7.x86_64.rpm
			Sudo yum cài đặt bw2tk-\ lite-2018.6.el7.x86_64.rpm
Ubuntu 16.04	2018.6 Ubuntu 16.04 (64-bit)	bw2tk- lite-2018.6.u1604.amd64.deb
			sudo dpkg -i bw2tk-\ 2018.6.u1604.amd64.deb

Tham khảo Bắt đầu webtrang để tải xuống chương trình cơ sở và công cụ BMC

• Phiên bản chương trình cơ sở BMC: 26889
• Phiên bản bộ tải khởi động BMC: 26879

Lưu lại files đến một vị trí đã biết trên máy chủ. Đoạn script sau sẽ nhắc vị trí này.

Thêm công cụ Bittware vào PATH:

• xuất PATH=/opt/bwtk/2018.6.0L/bin/:$PATH

Bạn có thể khởi chạy BWMonitor bằng cách sử dụng

• /opt/bwtk/2018.6L/bin/bwmonitor-gui&

Sample Phép đo

Xác minh sức mạnh thiết kế AFU

Lưu lượng đo công suất

Để đánh giá sức mạnh cho thiết kế AFU của bạn, hãy nắm bắt các số liệu sau:

• Tổng công suất bo mạch và nhiệt độ FPGA
  • (sau khi chạy các mẫu dữ liệu trong trường hợp xấu nhất trên thiết kế của bạn trong 15 phút)
• Tĩnh điện và nhiệt độ
  • (sử dụng thiết kế đo tĩnh điện)
• Trường hợp xấu nhất tĩnh điện
  • (giá trị dự đoán bằng Công cụ ước tính năng lượng sớm cho thiết bị Intel Arria 10)

Sau đó, sử dụng Bảng ước tính công suất FPGA PAC của Intel (tải xuống) với các chỉ số được ghi lại này để xác minh xem thiết kế AFU của bạn có đáp ứng thông số kỹ thuật hay không.

Đo tổng công suất bảng

Thực hiện theo các bước sau

1. Cài đặt Intel PAC với Intel Arria 10 GX FPGA vào khe cắm PCIe đủ điều kiện trong máy chủ. Nếu bạn đang sử dụng BWMonitor để đo lường, hãy kết nối cáp Micro-USB từ mặt sau của thẻ với bất kỳ cổng USB nào của máy chủ.
2. Tải AFU của bạn và chạy ở công suất tối đa.
   • Nếu AFU sử dụng Ethernet, hãy đảm bảo rằng cáp mạng hoặc mô-đun được cắm và kết nối với đối tác liên kết và lưu lượng mạng được bật trong AFU.
   • Nếu thích hợp, hãy chạy DMA liên tục để chạy DDR4 trên bo mạch.
   • Chạy các ứng dụng của bạn trên máy chủ để cung cấp cho AFU lưu lượng trong trường hợp xấu nhất cũng như để thực hiện đầy đủ FPGA. Đảm bảo rằng bạn nhấn mạnh FPGA với lưu lượng dữ liệu căng thẳng nhất. Chạy bước này trong tối thiểu 15 phút để nhiệt độ lõi FPGA ổn định.
     • Ghi chú: Trong quá trình thử nghiệm, hãy theo dõi tổng công suất bo mạch, công suất FPGA và giá trị nhiệt độ lõi FPGA để đảm bảo chúng nằm trong thông số kỹ thuật. Nếu đạt đến giới hạn 66 W, 45 W hoặc 100°C, hãy dừng thử nghiệm ngay lập tức.
3. Sau khi nhiệt độ lõi FPGA ổn định, hãy sử dụng chương trình fpgainfo hoặc công cụ BWMonitor để ghi lại tổng công suất bo mạch và nhiệt độ lõi FPGA. Nhập các giá trị này vào hàng Bước 1: Đo tổng công suất bo mạch của Bảng ước tính công suất Intel FPGA PAC.

Bảng ước tính công suất Intel FPGA PAC Sample

Đo tĩnh điện thực

Dòng điện rò rỉ là nguyên nhân hàng đầu gây ra sự thay đổi mức tiêu thụ điện giữa các bo mạch. Các phép đo công suất từ ​​phần trên bao gồm công suất do dòng rò (công suất tĩnh) và công suất do logic AFU (công suất động). Trong phần này, bạn sẽ đo công suất tĩnh của bo mạch đang thử nghiệm để hiểu được công suất động.

Trước khi đo công suất tĩnh của FPGA, hãy sử dụng tập lệnh disable-gpio-input-bufferintelpac-arria10-gx.tcl (tải xuống) để xử lý chương trình FPGA file, (*.sof file) chứa thiết kế FIM và AFU. Tập lệnh tcl vô hiệu hóa tất cả các chân đầu vào của FPGA để đảm bảo rằng không có chuyển đổi bên trong FPGA (có nghĩa là không có nguồn điện động). Tham khảo Minimal Flow Example để biên dịch thànhampcủa AFU. *.sof được tạo file nằm ở địa chỉ:

• cd $OPAE_PLATFORM_ROOT/giờ/giâyamples/ $ OPAE_PLATFORM_ROOT/giờ/giâyamples/ build_synth/build/đầu ra_files/ afu_*.sof

Bạn phải lưu disable-gpio-input-buffer-intel-pac-arria10-gx.tcl trong thư mục trên rồi chạy lệnh sau

• # quartus_asm -t vô hiệu hóa-gpio-input-buffer-intel-pac-arria10-gx.tclafu_*.sof

Sample đầu ra

Thông tin: *************************************************** ***************** Thông tin:
Chạy Quartus Prime Assembler
Thông tin: Phiên bản 17.1.1 Build 273 12/19/2017 Phiên bản SJ Pro
Thông tin: Bản quyền (C) 2017 Tập đoàn Intel. Đã đăng ký Bản quyền. Thông tin: Mục đích sử dụng của bạn
về các công cụ thiết kế, chức năng logic của Tập đoàn Intel Thông tin: và các phần mềm và công cụ khác cũng như AMPThông tin logic đối tác P: chức năng và bất kỳ đầu ra nào files từ bất kỳ Thông tin nào ở trên: (bao gồm cả lập trình hoặc mô phỏng thiết bị files) và mọi Thông tin: tài liệu hoặc thông tin liên quan rõ ràng phải tuân theo Thông tin: theo các điều khoản và điều kiện của Thông tin Giấy phép Chương trình Intel: Thỏa thuận Đăng ký, Thỏa thuận Giấy phép Intel Quartus Prime, Thông tin:

Sau khi thực thi thành công tập lệnh tcl, afu_*.sof file được cập nhật và sẵn sàng cho lập trình FPGA.

Thực hiện theo các bước sau để đo công suất tĩnh thực

1. Sử dụng bộ lập trình Intel Quartus® Prime để lập trình *.sof file. Tham khảo phần sử dụng Intel Quartus Prime Programmer trên trang 12 để biết các bước chi tiết.
2. Theo dõi nhiệt độ lõi FPGA, voltage và hiện tại bằng công cụ BWMonitor. Nhập các giá trị này vào hàng Bước 2: Đo công suất tĩnh lõi FPGA của Bảng ước tính công suất FPGA PAC của Intel.

Thông tin liên quan

• Hướng dẫn bắt đầu nhanh ngăn xếp tăng tốc của Intel dành cho thẻ tăng tốc có thể lập trình của Intel với FPGA Intel Arria 10 GX
• Theo dõi các cảm biến trên bo mạch bằng BWMonitor.

Sử dụng bộ lập trình Intel Quartus Prime

Bạn phải kết nối cáp micro USB giữa Intel FPGA PAC và máy chủ để thực hiện các bước sau:

1. Tìm Root Port và Endpoint của card Intel FPGA PAC: $ ​​lspci -tv | grep 09c4

Exampđầu ra le 1 cho thấy Cổng gốc là d7:0.0 và Điểm cuối là d8:0.0

• -+-[0000:d7]-+-00.0-[d8]—-00.0 Thiết bị Tập đoàn Intel 09c4

Example đầu ra 2 cho thấy Root Port là 0:1.0 và Endpoint là 3:0.0

• +-01.0-[03]—-00.0 Thiết bị Tập đoàn Intel 09c4

Exampđầu ra le 3 cho thấy Root Port là 85:2.0 và Endpoint là 86:0.0 và

• +-[0000:85]-+-02.0-[86]—-00.0 Thiết bị Tập đoàn Intel 09c4

Ghi chú: Không có đầu ra nào cho biết lỗi liệt kê thiết bị PCIe* và đèn flash đó không được lập trình.

• #Mặt nạ lỗi không sửa được và lỗi sửa được của FPGA
  • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0xFFFFFFFF
  • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0xFFFFFFFF
• # Che các lỗi không thể sửa và Che các lỗi có thể sửa của RP
  • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0xFFFFFFFF
  • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0xFFFFFFFF

Chạy lệnh Intel Quartus Prime Programmer sau:

• sudo $QUARTUS_HOME/bin/quartus_pgm -m JTAG -o 'pvbi;afu_*.sof'

1. Để vạch mặt các lỗi không thể sửa và che các lỗi có thể sửa được, hãy chạy các lệnh sau
   • # Vạch mặt các lỗi không sửa được và che các lỗi sửa được của FPGA
     • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0x00000000
     • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0x00000000
   • # Vạch mặt các lỗi không thể sửa và che các lỗi có thể sửa của RP:
     • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0x00000000
     • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0x00000000
2. Khởi động lại.

Thông tin liên quan

Hướng dẫn bắt đầu nhanh ngăn xếp tăng tốc của Intel dành cho thẻ tăng tốc có thể lập trình của Intel với FPGA Intel Arria 10 GX

Ước tính công suất tĩnh lõi trong trường hợp xấu nhất

Thực hiện theo các bước sau để ước tính công suất tĩnh trong trường hợp xấu nhất

1. Tham khảo Minimal Flow Example để biên dịch thànhample AFU tọa lạc tại:
   • /hw/samples/ /
2. Trong phần mềm Intel Quartus Prime Pro Edition, bấm File > Mở Dự án và chọn .qpf của bạn file để mở dự án tổng hợp AFU từ đường dẫn sau:
   • /hw/samples/ /build_synth/bản dựng
3. Nhấp vào Dự án > Tạo EPE File để tạo .csv cần thiết file.
   • Bước 2 Minh họa
4. Mở công cụ Early Power Estimator (5) và nhấp vào biểu tượng Nhập CSV. Chọn .csv được tạo ở trên file.
   • Ghi chú: Bạn có thể bỏ qua cảnh báo khi nhập .csv file.
5. Các thông số đầu vào được điền tự động.

• Thay đổi giá trị thành Người dùng đã nhập trong Junction Temp. trường TJ. Và thiết lập Junction Temp. Trường TJ (°C) đến 95
• Thay đổi trường Đặc tính nguồn từ Điển hình thành Tối đa.
• Trong Công cụ EPE, PSTATIC là tổng công suất tĩnh tính bằng Watts. Bạn có thể tính toán công suất tĩnh lõi trong trường hợp xấu nhất từ ​​tab Báo cáo

Công cụ EPE Sample Đầu ra

Thẻ báo cáo

Trong cũampNhư được hiển thị ở trên, tổng dòng tĩnh lõi FPGA là tổng của tất cả dòng tĩnh và dòng dự phòng ở mức 0.9V (VCC, VCCP, VCCERAM). Nhập các giá trị này vào hàng Bước 3: Công suất tĩnh tồi tệ nhất từ ​​​​EPE của Bảng ước tính công suất FPGA PAC của Intel. Quan sát hàng Đầu ra được tính toán để biết mức tiêu thụ điện năng tối đa của AFU của bạn.

Lịch sử sửa đổi tài liệu cho Nguyên tắc nhiệt và năng lượng cho Intel PAC với Intel Arria 10 GX FPGA

Phiên bản tài liệu	Thay đổi
2019.08.30	Phiên bản phát hành đầu tiên.

Tập đoàn Intel. Đã đăng ký Bản quyền. Intel, logo Intel và các nhãn hiệu khác của Intel là thương hiệu của Tập đoàn Intel hoặc các công ty con của Tập đoàn. Intel đảm bảo hiệu suất của các sản phẩm FPGA và chất bán dẫn của mình theo các thông số kỹ thuật hiện hành theo bảo hành tiêu chuẩn của Intel, nhưng bảo lưu quyền thay đổi bất kỳ sản phẩm và dịch vụ nào vào bất kỳ lúc nào mà không cần thông báo. Intel không chịu trách nhiệm hoặc trách nhiệm pháp lý phát sinh từ ứng dụng hoặc việc sử dụng bất kỳ thông tin, sản phẩm hoặc dịch vụ nào được mô tả ở đây trừ khi được Intel đồng ý rõ ràng bằng văn bản. Khách hàng của Intel nên lấy phiên bản mới nhất của thông số kỹ thuật thiết bị trước khi dựa vào bất kỳ thông tin được công bố nào và trước khi đặt hàng sản phẩm hoặc dịch vụ.

Những tên và thương hiệu khác có thể được coi là tài sản của người khác.

Tiêu chuẩn ISO

• 9001:2015
  Đăng ký

NHẬN DẠNG: 683795
Phiên bản: 2019.08.30

Tài liệu / Tài nguyên

intel AN 872 Thẻ tăng tốc có thể lập trình với Intel Arria 10 GX FPGA [tập tin pdf] Hướng dẫn sử dụng AN 872 Thẻ tăng tốc có thể lập trình với Intel Arria 10 GX FPGA, AN 872, Thẻ tăng tốc có thể lập trình với Intel Arria 10 GX FPGA

Tài liệu tham khảo

• Hướng dẫn sử dụng