基于FPGA低延迟不只用于Quant

2012-06-06 11:18:20来源: EETREND

521 William Murray, 电子工程师LinkedIn 社区对FPGA 圈子中有项小话题,低延迟网络——这项基于FPGA 的创新正横扫商业部门,并相当受制于这个行业。例如,可参考在网络计算网站上的新文章:Arista 使用 FPGA 交换机再次打败了 Cisco

然而事实上很多其他技术公司利用低延迟、高吞吐量的网络和联网设备在事业上占得先机。有些公司将重要的如AFDX 和ARINC 664 网络用于驱动航空电子系统如 Airbus A380Boeing 787 Dreamliner,等等。 (可在 赛灵思Actel网站上查找有关AFDX 和同类网络的更多信息。)当使用FPGA 和ASIC 低延迟和高吞吐量的硬件,运行在网络的最低层保证所有数据以安全及时的方式传输,这些网络提高可靠性,并节省负载。同类网络可应用于铁路业和海洋业。

其他应用程序包括通过各种自定义协议和商议协议进行振动控制和移动控制的反馈和链接。以及许多其他应用程序,涉及使一些任务如视频会议和远距离医学的工作中心运行更快,任务延迟较短(远程应用电子通信和信息技术以提供临床治疗)。

相比低延迟和高性能而言,网络安全是另一个重要方面,所以相比较对于那些会在主流网络迅速传播网络威胁的现象,可利用对网络威胁更快的反应功能。 (请参看 Advanced IO网站讨论国防、金融和电信应用程序。)

低延迟网络设备的工作原理是什么? 首先必须通过连接器连接线路、光纤。 必须对物理接口IC 进行路由,必须使用FPGA 将模拟信号转换成数字波形。 运用低延迟设计,FPGA 接着对普通MAC 执行同样的处理,但可包括普通MAC 层以上的硬件层,如需要向CPU 发送完整UDP 数据集的硬件、

FPGA 不可立即在主系统RAM 上保存数据包,但会在高速板载RAM 分类数据包。FPGA 还可对数据包进行过滤,所以可优先处理任何具优先级的数据包。 这通常与操作系统中为这些数据包进行优先级定义的自定义驱动器有关。开发人员可使用这一驱动器设计可使这些数据包响应更多的应用程序。

标准系统和低延迟网络的差别很大。 以运行于标准系统的Ping 应用程序为例。 这种情况下我们可能需要实现以下程序:

523 在工作中心运行 Ping

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

如下图,经对比在低延迟网络中,响应时间为sub-1ms :

524 在低延迟网络上运行 Ping

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

进行振动控制和电机控制时,必要响应时间可能是10s 或100s (时间单位:微秒)。这需要在协议中推出堆栈部分,使用格式更“原始”的数据。甚至需要整理数据包的大小。

低延迟还可应用于其他哪些程序?可应用于制造业。如果开发人员试图一个小时内设计和测试100 万个小程序,工厂自动控制网络可能会成为瓶颈。

食品和药品业能否应用低延迟? 制造和标识大量的带批号、日期代码和所有处方药和非处方药,以及大量产品的所有FDA 可追溯数据需要高带宽印刷。在欧洲,每片药必须使用罩板包装,并且是可追溯的。 所需要的印刷速度可是每分钟数百线性英尺——因为所有药品的印刷必须是独立的。

并且低延迟不只用于“重要的东西”。例如位于德克萨斯州,Austin 的公司为重量级游戏玩家开发低延迟NIC 卡,使他们可以在外上网玩电脑射击和/或打比赛(请上 KillerGaming.com网查看更多详细信息)。

但愿这篇文章能使你开始设计将低延迟、高吞吐的网络或链接应用于你从事的行业或产品。 例如,从工作站经城镇安全传输2,500 MRI/CT 图像至放射医生和ER 医生处,直到STAT 室! 基于FPGA 的解决方案可在服务器和工作站在上文所述的低延迟交换机协作下,执行解密和低延迟,高吞吐量连接,因此可在保持隐私和维护安全的同时,节省大量时间。

那么你的想法如何? 你能提出几个我没曾提到的其他行业中的低延迟应用么?

关键字:FPGA  Xilinx

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0606/article_2960.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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