利用FPGA：让Optane持久内存可用于AMD、Arm平台

塞巴斯蒂安

2022年4月15日的昨天阅读国外网站的一条新闻，标题比较唬人《SMART brings Optane memory to AMD and Arm 》，其实就是下面这块卡：

利用FPGA：让Optane持久内存可用于AMD、Arm平台

Kestral™ FPGA Accelerator with Intel® Optane™ PMem DIMMs
SMART Modular这款Kestral PCIe Optane AIC，使用Intel Optane PMem（傲腾持久内存）DIMM和Intel FPGA来实现内存扩展和加速能力，号称TB级别PCIe连接内存，并能在DRAM和NAND闪存之间分层。

如果不是SMART网站上给出一个资料链接，我还真没印象曾经见过这块卡了。下图我在一年前的《CXL、GenZ、CCIX架构以及未来的PM、内存和SSD形态》一文中出示过：

利用FPGA：让Optane持久内存可用于AMD、Arm平台

就是画红圈这个卡哦。SMART Modular在SNIA组织的2021 Persistent Memory + Computational Storage Summit（持久内存&计算存储峰会）上有个演讲，可能当时该卡还在研发中，所以没有具体说支持Optane DIMM。

由于物理接口为PCIe，所以延时在<350ns的水平，转接后性能达不到直插主板DIMM插槽上也正常。

关键特性

利用FPGA：让Optane持久内存可用于AMD、Arm平台

- 尺寸：全高半长双宽；
- 接口：PCIe Gen4 x16（向下兼容Gen3）；
- 内存：4个DIMM插槽，双通道。最多支持4条512GB Optane持久内存，或4条256GB DDR4 LR-DIMM，或者混合配置；
- 计算：4核ARM A53（FPGA集成），板载2GB DDR4内存、8GB存储（eMMC）；
- 加速器：Intel Stratix 10 DX FPGA，可以现场升级新的算法、协议；
- 功耗：小于150W TDP（需要PCIe 6pin辅助供电）、被动散热

下面的小字体注释有时要重点看：当前版本的Kestral卡硬件支持基于DDR-T接口的Optane PMem，只有Memory Mode（内存模式）。也就是说不支持App Direct那样的3D XPoint持久化特性。

需要持久化的用户，目前还只能用Optane SSD块设备了。等将来CXL接口Optane持久内存出来的时候，SMART这个卡只是一个过渡吗？
内存扩展

利用FPGA：让Optane持久内存可用于AMD、Arm平台

由于FPGA充当了一个内存控制器的功能，所以SMART Kestral支持的平台与CPU无关，包括AMD、Arm甚至NVIDIA都可以。

虽然是PCIe x16 lane，但相比传统DIMM的64/72bit（含ECC）并行接口来看也算串行连接内存扩展吧，同时支持CCIX一致性接口来连接Optane。去年那篇我提到过一款基于Xilinx的Versal ACAP（号称FPGA之后的新一代计算平台）的PCIe板卡，也相当于通过CCIX连接的DDR4控制器（只用于内存，没有提到Optane）。

扩展阅读：
《AMD EPYC Genoa ‘7004’：若DDR5换OMI，CXL.mem服务器内存池化》
《OMI串行内存 (续)：当POWER10遇上OCP-HPC & OAM》

至于FPGA的硬件加速，Kestral这里指的是线内压缩、加密、Key-Value存储。

利用FPGA：让Optane持久内存可用于AMD、Arm平台

从服务器主机CPU卸载特定的算法，移动计算到接近数据的位置

如上图，SMART Kestral可能只有Linux内核驱动。FPGA在一端配置出PCIe Ep，另一端则是并行I/O的DDR-T IP（估计Intel提供了支持）。

这里还提到具体的文本压缩算法：GZIP/ZLIB静态和动态Huffman编码。针对本地存储数据保护、Key-Value存储应该还有RAID、纠删码之类的支持。

问题：SMART Kestral 资料中所谓的“tiered between DRAM and NAND flash”，是与服务器上SSD之间的分层吧？

是否可以在该卡上跑一个RAID存储系统呢？

写到最后，我想起高人唐杰总之前发表过的2个观点：

1、Gen-Z、CCIX、OpenCAPI这些内存一致性互联连技术，除非联合起来才有可能与Intel较量。——今天的情况是，等CXL出来就快一统了吧？Gen-Z是已经投靠去拎鞋了…
2、Intel（的愿景）还是想让大家到CPU上来处理（SmartNIC/DPU这些）…——类比到本文的扩展内存产品形态，等CXL接口Optane PMem出来，不还是连到CPU集成的控制器吗？如有卸载需要最多再加一块FPGA或者QAT卡。

由于疫情原因，我这两年没去上海了，真的有些想念朋友们。一切都快点好起来吧！

参考信息
https://www.smartm.com/product/advanced-memory/AIC
https://blocksandfiles.com/2022/04/13/smart-brings-optane-memory-to-amd-and-arm/

完