FPGA打造先进存储架构

张衡

“以FPGA作为支撑平台，使用单芯片完成以往需用主板才能完成的功能,这种简单的存储架构，利用状态机硬件逻辑替代传统的计算机软件程序，实现各存储功能模块的并发执行，大大提高存储系统的性能和可靠性。”

在实际应用中，对基于CPU和ASSP(专用标准产品)的传统存储架构进行优化会遇到一些难以克服的困难：用于存储架构的ASSP芯片只掌握在少数几个公司手里，其技术相对封闭，存储系统性能和可靠性的提升很大程度上受到ASSP芯片技术的限制。即便存储系统厂商希望进行存储架构层的优化，如果得不到ASSP芯片厂商的技术支持，往往是举步维艰。此外，ASSP芯片之间的配合与数据传输必须经过外部的总线，这必然会对数据处理和传输速度产生影响。
通常，增大带宽和减少数据延迟(通常以IOPS，即每秒钟处理的IO数来衡量)是提升存储系统性能的两个重要方面。为了克服ASSP的壁垒，自由实现存储系统的优化，北京众志和达信息技术有限公司正致力于开发Storage-On-Chip(存储芯片)架构的相关技术。
众所周知，System-on-Chip(SoC，系统芯片)技术是一种高度集成化、固件化的系统集成技术，其核心是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。而Storage-on-Chip则是SoC的概念在存储行业的具体应用。它能够快速实现把各项存储功能都整合到一个单一芯片上，保证优化后系统的高性能。同时，单芯片的存储架构提高了系统的可靠性，此外，也会对降低系统整体的功耗作出贡献。
众志和达选择FPGA作为Storage-on-Chip的支撑平台。FPGA的集成度很高，其本身的带宽也很宽，并且，单芯片的存储系统也避免了使用外部总线进行数据传输造成的延迟。
与ASIC相比，FPGA能进一步缩短设计周期，降低设计成本，具有更高的设计灵活性。存储应用的发展演变很快，因此对存储技术升级换代的速度也提出了更高的要求。当需要改变已完成的设计时，ASIC的再设计时间通常以月计算，而FPGA的再设计则以小时计算。由于FPGA的功能是依靠IP核的描述得以实现的，因此FPGA既具有硬件的高性能，也具有软件的高灵活性，这使得FPGA具有其他技术平台无可比拟的市场响应速度。
新一代FPGA具有卓越的低耗能、快速迅捷的特性。同时，厂商可对FPGA功能模块和I/O模块进行重新配置，也可以在线对其编程，实现系统在线重构。这使FPGA可以构建一个根据计算任务而实时定制的软核处理器。并且，FPGA功能没有限定，可以是存储控制器，也可以是处理器。新一代FPGA支持多种硬件，具有可编程I/O，IP(知识产权)和多处理器内核。这些优点使得FPGA成为一些存储厂商应用在Storage-on-Chip架构中的全功能产品。