背景

之前在一個ASCI開發(fā)項(xiàng)目中有小小接觸過一些新思科技的一個NVMe控制器，代碼量尚可，只是由于速度及其他原因的考慮，整個部分的設(shè)計(jì)其實(shí)有時候還是比較難以考量的，而且由于流片成本及IP購買成本的問題，當(dāng)時就想像如果在一款FPGA中可以直接實(shí)現(xiàn)這樣一款高性能的PCIe NVMe控制器或許會對整個性能的把握會更好一些，而下面的Fidus Sidewinder-100系統(tǒng)就是一個集成的PCIe NVMe 控制系統(tǒng)。

Fidus系統(tǒng)是基于Sidewinder-100 PCIe NVMe存儲控制器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，而這個控制器在一個Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC ZU19EG 上實(shí)現(xiàn)，之所以選擇這款芯片來實(shí)現(xiàn)有很多考量，不過最重要的是因?yàn)镻CIe Gen3/4 能力：高速，且板卡的兩個100Gbps QSFP 光纖網(wǎng)絡(luò)槽可以實(shí)現(xiàn)防彈并行轉(zhuǎn)換；另外還可以利用Xilinx可編程器件內(nèi)部巨大的I/O靈活性來實(shí)現(xiàn)DDR SDRAM控制器，并驅(qū)動兩個SFF-8643 Mini SAS連接器（用于片外SSDs等）；并且，芯片上集成了六個ARM處理器核，可以提供強(qiáng)大的處理能力（四個64bitARM Cortex-A53 MPcore 處理器和兩個32bit的ARM Cortex-R5 Mpcore處理器）；Xilinx UltraScale架構(gòu)還提供大量的片上可編程邏輯單元。正是由于Zynq UltraScale+ MPSoc系列用于這么多的features，才使得實(shí)現(xiàn)一個高性能NVMe 控制器成為可能并變得容易，正像Sidewinder-100系統(tǒng)一樣，用戶可以基于此板卡實(shí)現(xiàn)大量的各種類型的任何可以想到的硬件設(shè)計(jì)。

Sidewinder-100系統(tǒng)通過SCSI和SAS存儲陣列獲得了具有較強(qiáng)市場競爭力的性能優(yōu)勢，同時它還通過Fabrics技術(shù)實(shí)現(xiàn)了NVMe， 從而大大減少了存儲傳輸時的延遲。從下圖的板卡上可以看出，板卡上還集成了兩個M.2連接器，可以用于連接NVMe SSD卡。此外，可以通過Zynq UltraScale+ MPSoC的PS（處理系統(tǒng)）和PL（可編程邏輯）部分分別連接到兩個到DDR4 SO-DIMM端。這種分開連接實(shí)現(xiàn)了兩種不同速率的DDR4 SO-DIMM，連接到PS上的DDR4 SO-DIMM操作速率為1866M每秒，而連接在PL部分的DDR4 SO-DIMM傳輸速率可以達(dá)到每秒2133M。

當(dāng)然，正是利用了Sidewinder-100的這些優(yōu)點(diǎn)才實(shí)現(xiàn)了一個強(qiáng)大的PCIe Gen4開發(fā)平臺，如下圖所示：

圖1：Fidus Sidewinder-100 PCIe NVMe Storage Controller

不過，由于Fidus其實(shí)是一個設(shè)計(jì)house，在最開始，也考慮到Sidewinder-100 PCIe NVMe存儲控制器的應(yīng)用，它還是可以用于實(shí)現(xiàn)一些通用目標(biāo)設(shè)計(jì)的。當(dāng)然了，最重要的是此板卡為實(shí)現(xiàn)任何高性能PCIe Gen3或Gen4開發(fā)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的平臺，此外，在利用此平臺進(jìn)行開發(fā)時遇到任何問題，都可以通過Fidus獲得一些幫助。（特別提示：Siderwinder-100 PCIe NVMe存儲控制器的PCIe電源和回路適配器是在板卡的背面）：

圖2：Fidus PCIe Power and Loopback Adapter

另外，考慮到Gen4母板還是比較缺乏的，所以當(dāng)你沒有一個母板的時候，剛好可以通過這個連接口插一個PCIe卡到板卡上。而且這個適配器看起來它應(yīng)該是比一個能量緊缺的母板的功耗要小很多，而且只需要將這個適配器看作一個簡單的DC電源連接器來操作就好。

隨著Xilinx FPGA技術(shù)的不斷增強(qiáng)，之前一些設(shè)計(jì)難題或者功耗難題已經(jīng)在慢慢的解決，而隨著這些困難的消除，F(xiàn)PGA的設(shè)計(jì)領(lǐng)域也越來越廣泛，相信在未來，Xilinx 的FPGA會給我們帶來更多驚喜。