Scheda di accelerazione programmabile AN 872 con Intel Arria 10 GX FPGA

Introduzione

Informazioni su questo documento

Questo documento fornisce metodi per stimare e convalidare la potenza e le prestazioni termiche del progetto AFU utilizzando la scheda di accelerazione programmabile Intel® con Intel Arria® 10 GX FPGA nella piattaforma del server di destinazione.

Potenza

Il controller di gestione della scheda monitora e gestisce gli eventi termici e di alimentazione sul PAC FPGA Intel. Quando la scheda o l'FPGA si surriscalda o assorbe una corrente eccessiva, il controller di gestione della scheda interrompe l'alimentazione dell'FPGA per protezione. Successivamente, interrompe anche il collegamento PCIe che potrebbe causare un arresto imprevisto del sistema. Fare riferimento a Spegnimento automatico per maggiori dettagli sui criteri che attivano lo spegnimento della scheda. In casi normali, la temperatura e la potenza dell'FPGA sono di gran lunga la principale causa di spegnimento. Per ridurre al minimo i tempi di inattività e garantire la stabilità del sistema, Intel consiglia che la potenza totale della scheda non superi i 66 W e la potenza dell'FPGA non superi i 45 W. I singoli componenti e gli assiemi di scheda hanno variabilità di potenza. Pertanto, i valori nominali sono inferiori ai limiti per garantire che la scheda non subisca uno spegnimento casuale in un sistema con carichi di lavoro e temperature di ingresso variabili.

Potenza

Sistema	Potenza totale della scheda (watt)	Potenza FPGA (watt)
Un sistema con un FPGA Interface Manager (FIM) e AFU che funziona con il carico di lavoro di throttling nel caso peggiore per almeno 15 minuti a una temperatura interna di 95°C.	66	45

La potenza totale della scheda varia a seconda del design dell'AFU (Accelerator Functional Unit) (quantità e frequenza della commutazione logica), della temperatura di ingresso, della temperatura del sistema e del flusso d'aria dello slot di destinazione per l'Intel FPGA PAC. Per gestire questa variabilità, Intel consiglia di soddisfare questa specifica di alimentazione per impedire l'arresto dell'alimentazione da parte del controller di gestione della scheda.

Informazioni correlate

Spegnimento automatico.

Prerequisiti

L'OEM (Original Equipment Manufacturer) del server deve convalidare che ogni Intel FPGA PAC che si interfaccia a uno slot PCIe in una piattaforma server di destinazione possa rimanere entro i limiti termici anche quando la scheda consuma la potenza massima consentita (66 W). Per ulteriori informazioni, fare riferimento alle linee guida per la qualificazione della piattaforma Intel PAC con Intel Arria 10 GX FPGA(1).

Strumenti Requisiti

È necessario disporre dei seguenti strumenti per stimare e valutare la potenza e le prestazioni termiche.

• Software:
  • Stack di accelerazione Intel per lo sviluppo
  • Toolkit BW
  • Progettazione AFU(2)
  • Script Tcl (download) – Necessario per formattare la programmazione file per analisi
  • Early Power Estimator per dispositivi Intel Arria 10
  • Foglio per la stima della potenza PAC Intel FPGA (download)
• Hardware:
  • PAC FPGA Intel
  • Cavo micro USB(3)
  • Server di destinazione per Intel FPGA PAC(4)

Intel consiglia di seguire la Guida rapida allo stack di accelerazione Intel per la scheda di accelerazione programmabile Intel con Intel Arria 10 GX FPGA per l'installazione del software.

Informazioni correlate

Intel Acceleration Stack Guida introduttiva per la scheda di accelerazione programmabile Intel con Intel Arria 10 GX FPGA.

1. Contatta il rappresentante del supporto Intel per accedere a questo documento.
2. La directory build_synth viene creata dopo aver compilato il tuo AFU.
3. In Acceleration Stack 1.2, il monitoraggio della scheda viene eseguito su PCIe.
4. Assicurati che il tuo OEM abbia convalidato gli slot PCIe di destinazione in conformità alle Linee guida di qualificazione della piattaforma per il tuo Intel FPGA PAC.

Utilizzo del controller di gestione della scheda

Spegnimento automatico

Il controller di gestione della scheda monitora e controlla i ripristini, diversi binari di alimentazione, FPGA e temperature della scheda. Quando il Board Management Controller rileva condizioni che possono potenzialmente danneggiare la scheda, interrompe automaticamente l'alimentazione della scheda per protezione.

Nota: Quando l'FPGA perde potenza, il collegamento PCIe tra l'Intel FPGA PAC e l'host non funziona. In molti sistemi, il collegamento PCIe inattivo può causare un arresto anomalo del sistema.

Criteri di spegnimento automatico

La tabella seguente elenca i criteri oltre i quali il Board Management Controller interrompe l'alimentazione della scheda.

Parametro	Limite di soglia
Consiglio di amministrazione	66 L
Corrente backplane 12v	6 A
backplane 12v voltage	14 Volt
Corrente 1.2 V	16 A
1.2v voltage	1.4 Volt
Corrente 1.8 V	8 A
1.8v voltage	2.04 Volt
Corrente 3.3 V	8 A
3.3v voltage	3.96 Volt
FPGA Nucleo voltage	1.08 Volt
Corrente del nucleo FPGA	60 A
Temperatura interna dell'FPGA	100°C
Temperatura di alimentazione del nucleo	120°C
Temperatura della scheda	80°C
QSFP Temperatura	90°C
QSFP voltage	3.7 Volt

Ripristino dopo l'arresto automatico

Il controller di gestione della scheda mantiene l'alimentazione disattivata fino al successivo ciclo di alimentazione. Pertanto, quando l'alimentazione di una scheda Intel FPGA PAC viene interrotta, è necessario spegnere e riaccendere il server per restituire alimentazione all'Intel FPGA PAC.

La causa comune dell'interruzione dell'alimentazione è il surriscaldamento dell'FPGA (quando la temperatura interna è superiore a 100°C) o l'FPGA assorbe una corrente eccessiva. Ciò accade in genere quando il design dell'AFU supera gli inviluppi di potenza definiti dall'Intel FPGA PAC o il flusso d'aria è insufficiente. In questo caso, è necessario ridurre il consumo energetico dell'AFU.

Monitoraggio dei sensori di bordo tramite OPAE

Utilizzare il programma della riga di comando fpgainfo per raccogliere i dati del sensore di temperatura e alimentazione dal controller di gestione della scheda. Puoi utilizzare questo programma con Acceleration Stack 1.2 e versioni successive. Per Acceleration Stack 1.1 o versioni precedenti, utilizzare lo strumento BWMonitor come descritto nella sezione successiva.

Per raccogliere i dati sulla temperatura:

• bash-4.2$ fpgainfo temp

Sample uscita

Per raccogliere i dati di potenza

• bash-4.2$ potenza fpgainfo

Sample uscita

Monitora i sensori di bordo utilizzando BWMonitor

• BWMonitor è uno strumento BittWare che consente di misurare la temperatura FPGA/scheda, voltage, e corrente.

Prerequisito: È necessario installare un cavo micro-USB tra Intel FPGA PAC e il server.

1. Installa il software, il firmware e il bootloader BittWorks II Toolkit-Lite appropriati.

Versione BittWorks II ToolkitLite compatibile con il sistema operativo

Sistema operativo	Pubblicazione	Versione BittWorks II Toolkit-Lite	Installa il comando
Cent OS 7.4/RHEL 7.4	2018.6 Enterprise Linux 7 (64 bit)	bw2tk- lite-2018.6.el7.x86_64.rpm
			sudo yum install bw2tk-\lite-2018.6.el7.x86_64.rpm
Versione 16.04 di Ubuntu	Ubuntu 2018.6 16.04 (64 bit)	bw2tk- lite-2018.6.u1604.amd64.deb
			sudo dpkg -i bw2tk-\ 2018.6.u1604.amd64.deb

Fare riferimento alla Guida introduttiva webpagina per scaricare il firmware e gli strumenti BMC

• Versione firmware BMC: 26889
• Versione BMC Bootloader: 26879

Salva il files in una posizione nota sulla macchina host. Lo script seguente richiede questa posizione.

Aggiungi lo strumento Bittware al PERCORSO:

• esporta PERCORSO=/opt/bwtk/2018.6.0L/bin/:$PERCORSO

È possibile avviare BWMonitor utilizzando

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

Sample Misure

Verifica della potenza del progetto AFU

Flusso di misurazione della potenza

Per valutare la potenza del tuo progetto AFU, acquisisci le seguenti metriche:

• Potenza totale della scheda e temperatura FPGA
  • (dopo aver eseguito i modelli di dati del caso peggiore sul progetto per 15 minuti)
• Potenza statica e temperatura
  • (utilizzando un progetto di misurazione della potenza statica)
• Potenza statica nel caso peggiore
  • (valori previsti utilizzando l'Early Power Estimator per i dispositivi Intel Arria 10)

Quindi, utilizza l'Intel FPGA PAC Power Estimator Sheet (download) con queste metriche registrate per verificare se il tuo progetto AFU soddisfa le specifiche.

Misurazione della potenza totale della scheda

Segui questi passaggi

1. Installare Intel PAC con Intel Arria 10 GX FPGA in uno slot PCIe qualificato nel server. Se si utilizza BWMonitor per la misurazione, collegare il cavo Micro-USB dal retro della scheda a qualsiasi porta USB del server.
2. Carica la tua AFU e corri alla massima potenza.
   • Se l'AFU utilizza Ethernet, assicurarsi che il cavo o il modulo di rete sia inserito e connesso al partner di collegamento e che il traffico di rete sia attivato nell'AFU.
   • Se appropriato, eseguire continuamente DMA per esercitare DDR4 a bordo.
   • Esegui le tue applicazioni sull'host per alimentare l'AFU con il traffico nel caso peggiore e per esercitare completamente l'FPGA. Assicurati di stressare l'FPGA con il traffico dati più stressante. Eseguire questo passaggio per almeno 15 minuti per consentire alla temperatura interna dell'FPGA di stabilizzarsi.
     • Nota: Durante il test, monitorare la potenza totale della scheda, la potenza dell'FPGA e il valore della temperatura del core dell'FPGA per assicurarsi che rientrino nelle specifiche. Se vengono raggiunti i limiti di 66 W, 45 W o 100°C, interrompere immediatamente il test.
3. Dopo che la temperatura interna dell'FPGA si è stabilizzata, utilizzare il programma fpgainfo o lo strumento BWMonitor per registrare la potenza totale della scheda e la temperatura interna dell'FPGA. Immettere questi valori nella riga Passaggio 1: misurazione della potenza totale della scheda del foglio di stima della potenza PAC Intel FPGA.

Foglio per la stima della potenza PAC Intel FPGA Sample

Misurazione della potenza statica reale

La corrente di dispersione è una delle cause principali della variazione del consumo energetico da scheda a scheda. Le misure di potenza della sezione precedente includono la potenza dovuta alla corrente di dispersione (potenza statica) e la potenza dovuta alla logica AFU (potenza dinamica). In questa sezione misurerai la potenza statica della scheda sottoposta a test per comprendere la potenza dinamica.

Prima di misurare la potenza statica dell'FPGA, utilizzare lo script disable-gpio-input-bufferintelpac-arria10-gx.tcl (download) per elaborare la programmazione dell'FPGA file, (*.sof file) che contiene un design FIM e AFU. Lo script tcl disabilita tutti i pin di input FPGA per garantire che non vi sia alcuna commutazione all'interno dell'FPGA (il che significa assenza di alimentazione dinamica). Fare riferimento al flusso minimo esample da compilare comeample AFU. Il file *.sof file si trova a:

• cd $OPAE_PLATFORM_ROOT/hw/samples/ $ OPAE_PLATFORM_ROOT/hw/samples/ build_synth/build/output_files/ afu_*.sof

È necessario salvare il file disable-gpio-input-buffer-intel-pac-arria10-gx.tcl nella directory precedente e quindi eseguire il seguente comando

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

Sample uscita

Informazioni: ************************************************** ***************** Informazioni:
Esecuzione di Quartus Prime Assembler
Informazioni: Versione 17.1.1 Build 273 12/19/2017 Edizione SJ Pro
Informazioni: Copyright (C) 2017 Intel Corporation. Tutti i diritti riservati. Informazioni: Il tuo utilizzo
degli strumenti di progettazione di Intel Corporation, funzioni logiche Info: e altri software e strumenti, e il suo AMPLogica partner P Informazioni: funzioni e qualsiasi uscita files da una qualsiasi delle informazioni precedenti: (inclusa la programmazione o la simulazione del dispositivo files) e qualsiasi Info: la documentazione o le informazioni associate sono espressamente soggette Info: ai termini e alle condizioni della licenza del programma Intel Info: contratto di abbonamento, contratto di licenza Intel Quartus Prime, Info:

Dopo l'esecuzione riuscita dello script tcl, il file afu_*.sof file è aggiornato e pronto per la programmazione FPGA.

Seguire questi passaggi per misurare la potenza statica reale

1. Utilizzare il programmatore Intel Quartus® Prime per programmare il file *.sof file. Fare riferimento all'utilizzo del programmatore Intel Quartus Prime a pagina 12 per i passaggi dettagliati.
2. Monitorare la temperatura interna FPGA, voltagee corrente utilizzando lo strumento BWMonitor. Immettere questi valori nella riga Passaggio 2: misurazione della potenza statica del core FPGA del foglio per la stima della potenza PAC Intel FPGA.

Informazioni correlate

• Intel Acceleration Stack Guida introduttiva per la scheda di accelerazione programmabile Intel con Intel Arria 10 GX FPGA
• Monitora i sensori di bordo utilizzando BWMonitor.

Utilizzando il programmatore Intel Quartus Prime

È necessario che il cavo micro USB sia collegato tra l'Intel FPGA PAC e il server per eseguire questi passaggi:

1. Trova la porta principale e l'endpoint della scheda Intel FPGA PAC: $ ​​lspci -tv | grep 09c4

Exampl'output 1 mostra che la porta principale è d7:0.0 e l'endpoint è d8:0.0

• -+-[0000:d7]-+-00.0-[d8]—-00.0 Dispositivo Intel Corporation 09c4

Exampl'output 2 mostra che la porta principale è 0:1.0 e l'endpoint è 3:0.0

• +-01.0-[03]—-00.0 Dispositivo Intel Corporation 09c4

Exampl'output 3 mostra che la porta principale è 85:2.0 e l'endpoint è 86:0.0 e

• +-[0000:85]-+-02.0-[86]—-00.0 Dispositivo Intel Corporation 09c4

Nota: Nessun output indica un errore di enumerazione del dispositivo PCIe* e che il flash non è programmato.

• #Maschera errori non correggibili ed errori correggibili dell'FPGA
  • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0xFFFFFFFF
  • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0xFFFFFFFF
• # Maschera errori non correggibili e Maschera errori correggibili di RP
  • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0xFFFFFFFF
  • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0xFFFFFFFF

Eseguire il seguente comando di Intel Quartus Prime Programmer:

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

1. Per smascherare errori non correggibili e mascherare errori correggibili, eseguire i seguenti comandi
   • # Smaschera gli errori non correggibili e maschera gli errori correggibili dell'FPGA
     • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0x00000000
     • $ sudo setpci -s d8:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0x00000000
   • # Smaschera errori non correggibili e maschera errori correggibili di RP:
     • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x08.L=0x00000000
     • $ sudo setpci -s d7:0.0 ECAP_AER+0x14.L=0x00000000
2. Riavviare.

Informazioni correlate

Intel Acceleration Stack Guida introduttiva per la scheda di accelerazione programmabile Intel con Intel Arria 10 GX FPGA

Stima della potenza statica del core nel caso peggiore

Seguire questi passaggi per stimare la potenza statica del caso peggiore

1. Fare riferimento al flusso minimo esample da compilare comeample AFU situato a:
   • /hw/samples/ /
2. Nel software Intel Quartus Prime Pro Edition, fare clic su File > Apri Progetto e seleziona il tuo .qpf file per aprire il progetto di sintesi AFU dal seguente percorso:
   • /hw/samples/ /build_synth/build
3. Fare clic su Progetto > Genera EPE File per creare il file .csv richiesto file.
   • Passaggio 2 Illustrazione
4. Aprire lo strumento Early Power Estimator(5) e fare clic sull'icona Import CSV. Seleziona il file .csv generato sopra file.
   • Nota: Puoi ignorare l'avviso durante l'importazione del file .csv file.
5. I parametri di input vengono compilati automaticamente.

• Modificare il valore in Immesso dall'utente in Junction Temp. campo TJ. E imposta la temperatura di giunzione. Campo TJ (°C) a 95
• Modificare il campo Caratteristiche di alimentazione da Tipico a Massimo.
• Nello strumento EPE, PSTATIC è la potenza statica totale in Watt. È possibile calcolare la potenza statica del nucleo nel caso peggiore dalla scheda Rapporto

Strumento EPE Sample Uscita

Scheda rapporto

Nell'exampCome mostrato sopra, la corrente statica totale del core FPGA è la somma di tutta la corrente statica e la corrente di standby a 0.9 V (VCC, VCCP, VCCERAM). Immettere questi valori nella riga Passaggio 3: potenza statica peggiore dall'EPE del foglio per la stima della potenza del PAC Intel FPGA. Osservare la riga Uscita calcolata per il consumo energetico massimo dell'AFU.

Cronologia delle revisioni del documento per le linee guida termiche e di alimentazione per Intel PAC con Intel Arria 10 GX FPGA

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2019.08.30	Versione iniziale.

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ISO

• 9001:2015
  Registrato

ID: 683795
Versione: 2019.08.30

Documenti / Risorse

Scheda di accelerazione programmabile Intel AN 872 con Intel Arria 10 GX FPGA [pdf] Guida utente Scheda di accelerazione programmabile AN 872 con Intel Arria 10 GX FPGA, AN 872, scheda di accelerazione programmabile con Intel Arria 10 GX FPGA

Riferimenti

• Manuale d'uso