高性能FPGA计算加速卡

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产品编号：1501013

高性能FPGA计算加速卡

( B-PCIE-SFPP )

数据手册

( Data Sheet )

Version 1.0

清华大学设备仪器厂智能计算研发中心
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清华仪器

1 板卡概述1.1 板卡简介

B-PXIE-SFPP是一款基于PCI Express总线的高性能FPGA计算加速卡。作为基于服务器的PCI Express数据采集、处理、存储设备，该板卡可以实现2通道万兆光纤网络数据的高速采集、实时处理、实时记录和宽带回放，强大的FPGA处理性能，可以实现百万门级的硬件加速，方便用户进行复杂的逻辑处理与算法运算。

该板卡采用了Altera的Stratix IV GX系列FPGA处理器，并支持行业标准的外围设备、连接器以及丰富的接口，该系列的FPGA处理器，具有低抖动、兼容性、平衡性的高速串行收发器，能够在SATA、HSMC或万兆光口上以最高8.5Gbps的速率运行。

该板卡为标准PCI Express全高卡，适合于主流的服务器或工作站。该板卡能够提供超高速数据传输速率和强大的计算处理能力，可满足大型服务器和磁盘阵列之间的高速数据交换，在大数据中心及复杂的IT环境下，可支持更高的虚拟化密度和优化服务器使用率，特别适合于计算密集型应用、军用或民用高带宽数据传输、服务器大数据处理、高速信号处理算法等特殊应用场景，也可在图形图像采集分析、雷达信号处理、电信网络、通信基站等场景发挥其强大的功能。

板卡具有独特的动态电源管理技术，能够提供功耗和虚拟最优化的存储网络连接，简化数据中心的环境，方便客户使用。

1.2 功能框图

图1-1 板卡功能框图

1.3 硬件指标

[size=8.0000pt]q 标准PCI Express全高卡，符合PCIe规范；

[size=8.0000pt]q 板载1片Altera Stratix IV系列高性能FPGA处理器；

[size=8.0000pt]q 板载2组64位 4GB DDR2 SDRAM（SODIMM）内存；

[size=8.0000pt]q 板载1片256Mbits BPI Flash；

[size=8.0000pt]q 板载18Mb SSRAM静态缓存单元；

[size=8.0000pt]q 板载1KB EEPROM用于少量数据存储；

[size=8.0000pt]q 板载1片SD CARD；

[size=8.0000pt]q 具有8路SATA 3.0接口；

[size=8.0000pt]q 具有2个SMB高速串行扩展接口；

[size=8.0000pt]q 具有2个HSMC高速连接器，用于子卡的扩展；

[size=8.0000pt]q 具有4个按钮、4个拨码开关、4个LED灯、8位DIP开关；

[size=8.0000pt]q 具有2路千兆以太网口；

[size=8.0000pt]q 具有2个独立的七段数码显示管；

[size=8.0000pt]q 具有2路SFP光纤接口；

[size=8.0000pt]q 具有1个USB主/从控制器接口；

[size=8.0000pt]q 板载高精度有源晶振。

1.4 功能特性

[size=8.0000pt]q FPGA处理器性能：

[size=8.0000pt]Ø FPGA处理器型号：EP4SGX530NF45I3N；

[size=8.0000pt]Ø 逻辑资源：共有212480个ALMs，共有531K个LEs，共有424960个寄存器；

[size=8.0000pt]Ø 存储器资源：共有20736Kbit嵌入式存储器资源，共有6640Kbit MLAB存储器资源；

[size=8.0000pt]Ø 乘法器资源：共有1024个18x18bits乘法器资源；

[size=8.0000pt]Ø 时钟资源：共有88个Regional时钟网络，112个Periphery时钟网络，12个PLL；

[size=8.0000pt]Ø IO资源：共有1932个PIN；

[size=8.0000pt]Ø 高速串行收发器：共有48个高速串行收发器：其中32个支持8.5Gbps，16个支持6.5Gbps；

[size=8.0000pt]Ø PCIE核：共有4个PCIE硬核资源；

[size=8.0000pt]q 存储性能：

[size=8.0000pt]Ø 动态存储：支持2组SO-DIMM DDR2 SDRAM；

最高可工作在400MHz时钟频率，最大理论带宽可达102Gbps，高达8GByte吞吐能力；

[size=8.0000pt]Ø Flash存储器：支持256Mb BPI Flash，16位数据总线；

[size=8.0000pt]Ø 静态存储性能：支持18Mb ZBT SSRAM；

[size=8.0000pt]Ø IIC EEPROM：支持1KByte EEPROM;

[size=8.0000pt]Ø SD卡：支持SPI以及SD 1-bit两种SD Card读取模式；

[size=8.0000pt]q 时钟性能：

[size=8.0000pt]Ø 3个可编程PLL；

[size=8.0000pt]Ø HSMA与HSMB均具有收发器时钟源；

[size=8.0000pt]Ø SATA接口150MHz时钟源；

[size=8.0000pt]Ø 1路FPGA LVDS时钟源；

[size=8.0000pt]Ø 1路50MHz时钟源；

[size=8.0000pt]Ø 1路100MHz LVDS时钟源；

[size=8.0000pt]q 接口性能：

[size=8.0000pt]Ø 千兆以太网口：支持2路千兆以太网口，采用外部PHY模式，FPGA内嵌EMAC；

[size=8.0000pt]Ø 光纤接口：支持2路SFP+光纤接口，最高支持8.5Gbps线速率；

[size=8.0000pt]Ø HSMC接口：支持2组HSMC扩展接口，每组分别具有x8 8.5Gbps的高速串行接口，和x82个普通IO接口；

[size=8.0000pt]Ø SATA接口：支持8路SATA3.0接口，支持6.0Gbps线速率，可以做为主设备或从设备；

[size=8.0000pt]Ø USB接口：支持1个USB主/从控制器；

完全符合通用串行总线规范2.0修订版标准；

支持高速数据传输、全速与低速数据传输；

支持USB主设备或者从设备；

支持3种USB接口；

支持PIO和DMA方式；

[size=8.0000pt]Ø 多媒体接口：支持1个HDMI显示输出接口；

最高支持1920x1080分辨率；

支持热插拔；

[size=8.0000pt]Ø PCIe主机接口：支持x8 PCIe gen2，线速率达到5Gbps；

[size=8.0000pt]Ø SMA接口：

2个SMA连接器用于收发器的外部时钟输入；

4个SMA用于LVDS的时钟输入；

2个SMA用于时钟输出；

1个SMA用于外部时钟输入；

2个SMB用于高速串行收发器的扩展；

1.5 接口特征

[size=8.0000pt]q 标准x8 PCIe机械接口，支持x8与x16槽位。

[size=8.0000pt]q 前面板具有2路千兆以太网口。

[size=8.0000pt]q 前面板具有2路SFP LC光纤接口。

1.6 软件支持

[size=8.0000pt]q FPGA的软件支持包含：

[size=8.0000pt]Ø 完整的DDR2控制程序；

[size=8.0000pt]Ø FPGA的PCIe链路控制程序；

[size=8.0000pt]Ø FPGA的光纤接口程序；

[size=8.0000pt]Ø FPGA的千兆以太网口测试程序；

[size=8.0000pt]Ø FPGA的SATA3.0主控测试程序；

[size=8.0000pt]Ø FPGA的高速HSMC互联测试程序；

[size=8.0000pt]Ø USB接口程序；

[size=8.0000pt]Ø SD CARD读写测试程序；

[size=8.0000pt]Ø BPI Flash读写测试程序；

[size=8.0000pt]Ø EEPROM读写测试程序；

[size=8.0000pt]Ø SRAM读写测试程序；

[size=8.0000pt]q 演示DEMO程序：

[size=8.0000pt]Ø PCIE链路演示DEMO；

[size=8.0000pt]Ø HSMC子卡互联DEMO；

[size=8.0000pt]Ø SATA存储DEMO；

1.7 应用场景

[size=8.0000pt]q 服务器硬件加速；

[size=8.0000pt]q 高速光纤通道采集；

[size=8.0000pt]q 图形图像处理；

[size=8.0000pt]q 算法验证平台。

1.8 物理与电气特征

物理与电气特征[size=8.0000pt]
板卡尺寸[size=8.0000pt]	106.65 x 167.55 mm[size=8.0000pt]
板卡供电[size=8.0000pt]	2A max@12VDC(±5%)[size=8.0000pt]
散热方式[size=8.0000pt]	风冷散热[size=8.0000pt]

1.9 环境参数

工作环境[size=8.0000pt]
工作温度[size=8.0000pt]	-40°~+85°C（工业级）[size=8.0000pt]
存储温度[size=8.0000pt]	-55°~+125°[size=8.0000pt]
工作湿度[size=8.0000pt]	5%~95%，非凝结[size=8.0000pt]

1.10 可靠性指标

可靠性指标[size=8.0000pt]
使用寿命[size=8.0000pt]	＞10年[size=8.0000pt]
MTTR[size=8.0000pt]	<20分钟[size=8.0000pt]
MTBF[size=8.0000pt]	10,000,000小时[size=8.0000pt]
质量标准[size=8.0000pt]

1.11 与DE4对比

对比项目	DE4高阶开发平台	B-PCIE-SFPP计算卡	备注
FPGA型号[size=8.0000pt]	型号：EP4SGX530KH40C2N[size=8.0000pt]	型号：EP4SGX530NF45I3N[size=8.0000pt]
高速串行收发器[size=8.0000pt]	32个（8.5Gbps）[size=8.0000pt]	48个（8.5Gbps/6.5Gbps）[size=8.0000pt]
PIN数量[size=8.0000pt]	1517个[size=8.0000pt]	1932个[size=8.0000pt]
温度范围[size=8.0000pt]	商业级[size=8.0000pt]	工业级[size=8.0000pt]
接口类型[size=8.0000pt]	4个千兆以太网口[size=8.0000pt]	2个千兆网口+2个万兆光口[size=8.0000pt]
多媒体接口[size=8.0000pt]	[size=8.0000pt]无[size=8.0000pt]	1个HDMI显示输出接口[size=8.0000pt]
EEPROM容量[size=8.0000pt]	1Kbit[size=8.0000pt]	1KByte[size=8.0000pt]
SATA接口[size=8.0000pt]	4路[size=8.0000pt]	8路[size=8.0000pt]
高速扩展接口[size=8.0000pt]	2组HSMC[size=8.0000pt] （共12个GT扩展）[size=8.0000pt]	2组HSMC+2组SMB接口[size=8.0000pt] （共18个GT扩展）[size=8.0000pt]	GT为高速串行收发器[size=8.0000pt]

2 订购信息

具体型号	产品描述	备注	交货期
B-PCIE-SFPP[size=8.0000pt]	高性能FPGA计算加速卡[size=8.0000pt]	工业级[size=8.0000pt]	4周内[size=8.0000pt]

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