HPC应用对时序振荡器产品需求

为了满足当前和未来的需求,服务提供商和数据中心运营商正在采用新的HPC(高性能计算机)硬件技术,汇聚路由器和光转发器都在经历技术的巨大转变,同时提高数据中心之间和之内的速度和带宽,采用新型的100G/200G/400G光传输技术,整个数据中心硬件带宽升级的一个共同点是参考时钟晶体振荡器时序基准要求越来越严格,现在网络系统架构师任何时候都更加关注硬件设计期间的时序产品设计.

数据科学家现在能够利用AI和高性能计算(HPC)来分析大量数据,学习见解并以前所未有的速度解决问题,随着对HPC需求的增加,数据中心越来越多地针对高性能计算工作负载加速进行了优化,这反过来又刺激了对低延迟,高吞吐量数据处理和网络连接进行优化的专用计算,网络和存储硬件的需求,这种市场趋势同样增加了对高性能计时时钟晶振解决方案的需求,以优化HPC工作负载加速器的运行.

硬件加速器用于加速数据中心应用程序中的HPC工作负载,虽然图形处理单元(GPU)历来用于此目的,但现场可编程门阵列(FPGA)正日益成为另一种可行的选择,这两种解决方案结合了并行处理,快速I/O和高速存储器接口来扩展处理性能,使服务器能够有效地运行支持搜索引擎,语音识别,自然语言翻译和图像处理的神经网络,GPU和FPGA正在向更高速的25GbpsI/O接口过渡,以便更轻松地扩展多个IC之间的协处理.

如图1所示,这些高速I/O接口需要低抖动时序参考,以最大限度地降低误码率并提高整体系统性能,低抖动石英晶体振荡器(XO)和时钟发生器非常适合GPU/FPGAI/O时钟,Silicon Labs的Si510 XO和Si5332时钟发生器等高性能定时器件非常适合此应用,因为它们结合了低抖动参考时序,小尺寸和内置电源噪声抑制,最大限度地降低了开关模式的影响高速I/O性能下的电源噪声.

网络接口卡(NIC)用于连接数据中心网络内的服务器和存储资源,随着对带宽需求的增加,数据中心正在从使用传统10GbE/40GbE光纤网络过渡到使用更高速度的25GbE/50GbE/100GbE网络,这些NIC不仅必须协调以线速传输大量数据,还可以使用NIC将石英晶体特定工作负载和应用程序从软件卸载到硬件中,从而帮助数据中心更高效地运行,NIC将数据从PCIe传输到以太网,并为网络提供高速接口,诸如Silicon Labs的Si53204PCIe缓冲器之类的定时设备可用于PCIe时钟分配,Si510 XO可用于为以太网MAC/PHY提供低抖动参考时钟.

在存储应用中,业界正在迅速从使用基于低速SATA(6Gbps)和SAS(12 Gbps)CPU/内存互连解决方案的硬盘驱动器转变为使用基于NVMExpress®接口规范的固态存储设备.NVM Express(NVMe)的一个主要优点是它可以减少延迟并实现更快的内存访问,使其成为闪存数据传输的理想解决方案,NVMe的另一个好处是它使用流行的PCIExpress(PCIe)串行接口将SSD与服务器/CPU互连,后者已经支持用于高速串行数据传输的嵌入式PCIe接口.

如下图所示,SSD控制器需要高性能PCIe时钟发生器来提供参考时序,该时钟必须支持扩频时钟Quartz Crystal生成,以降低EMI并确保符合排放标准,此外,选择与最近批准的PCIe Gen4标准兼容的面向未来的时钟源至关重要,同时向后兼容PCIe Gen1/2/3,Si52204缓冲器是扩频时钟发生器的一个例子,符合PCIe Gen1/2/3/4规范,具有很大的余量,数据中心硬件通常每两到三年刷新一次,HPC加速器和基于NVMe的SSD的一个主要优势是可以快速部署它们,以帮助数据中心运营商应对不断变化的市场需求,更快地启动新的应用程序和Web服务.

由于不断增加的空间和功率限制,未来的定时解决方案也必须高度集成,使单个组件能够提供所有板级定时,从而简化了多个标准和设备之间的互操作性,在过去几年中,针对高性能计算机的工作负载处理的定制硬件解决方案大量增加,未来的SPXO石英晶体振荡器的技术工作将越来越依赖于高性能定时解决方案来优化,未来的时序解决方案必须具有出色的抖动性能,以最大限度地降低系统级误码率.