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为高性能FPGA平台选择最佳存储器(二)

2020.10.26
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

  另一个资料集-订单簿-是所有订单的资料库,包含交易系统需要维护的符号和价格。这个资料库通常根据交易客户感兴趣的证券而包含所有金融工具的一部份。订单簿必须根据从客户而来的资讯同步进行更新与存取。订单簿中的相关资料与从交易所收到的资料进行比较,然后再根据交易演算法做出买、卖或保留金融工具的决策。

  由于来自证券交易所的输入资料串流并不是以确定顺序方式接收的,因此,执行交易策略的记忆体存取也是随机的,以小量资料的丛发进行,并以最低延迟获取资料。以记忆体术语来说,执行这种随机存取的能力是由一种名为随机交易率(RTR)的指标衡量的。RTR表示记忆体在一定时间内可支援的随机读取或写入作业次数,其衡量指标是:交易次数/秒的倍数(例如MT/s或GT/s)。在大多数记忆体中,随机存取时间是由周期延迟(tRC)定义。最大的RTR约为tRC的倒数(1/tRC)。

  快取记忆体的选择经常限制基于FPGA的硬体能力。大多数的FPGA只采用传统基于DRAM的记忆体,因为它们具备成本优势,而且密度较高。但是,这些记忆体极其缓慢,而且容易发生软错误。考虑到这些系统每秒的交易量,我们不能牺牲速度和可靠性。

  从纯技术的角度探讨两种运用最广泛的DRAM:同步DRAM(SDRAM)和低延迟DRAM(RLDRAM)。过去10年来,SDRAM的tRC并没有很大变化(将来可能也不会),一直维持在48ns左右,对应21 MT/s RTR,其它基于DRAM的记忆体设计则以牺牲密度改进了tRC。例如,RLDRAM 3的tRC为8ns,对应于125MT/s RTR。基本上,DRAM是为那些依序存取确定性运算演算法而最佳化的,但高频交易并非采用这样的方式。

  一个更好的选择是同步SRAM。虽然基于DRAM的记忆体具备较高的记忆体容量,但它们无法满足交易平台使用快取记忆体的延迟和性能要求。数十年来,SRAM一直是大多数高性能应用的首选记忆体。基于SRAM的解决方案可能比一般基于DRAM的解决方案更快高达24倍。

  在SRAM中,QDR系列SRAM的性能比任何类型的记忆体都要高。QDR SRAM是专为突发和随机存取而设计的。藉由一个读写专用埠,QDR记忆体是订单簿管理等读写均衡作业的理想选择。例如赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)最新推出的QDR SRAM——QDR-IV,更进一步提供了两个双向埠。当读写作业不均衡时,例如当查询TCP/IP处理和资料串流处理等操作时,采用QDR-IV将会非常高效。

  下表比较各种核心记忆体技术采用的解决方案:

  为高性能FPGA平台选择最佳存储器

  表1:各种核心记忆体技术方案的特性比较

  QDR-IV记忆体的RTR为2132MT/s,延迟为7.5ns。考虑到随机存取性能对于FPGA解决方案的重要性,这些记忆体有助于大幅缩短交易的总延迟。该款SRAM较高的作业频率和双埠作业特性,可为那些要求严苛的网路环境搭建超低延迟的资料封包缓冲区。此外,QDR-IV无与伦比的RTR可加快需要即时查询或其它资料结构的客制应用。而DRAM则更适合储存资料大量的资料记录资讯,而高性能的SRAM可与其配合作业,储存延迟关键型路径的运算查询或缓存资料。

  各种记忆体的RTR性能比较

  为高性能FPGA平台选择最佳存储器

  图3:各种记忆体技术的RTR比较 (来源:Cypress)

  除了RTR和延迟优势之外,很多SRAM还包含一系列新的特性,例如可实现高可靠性的错误纠正码(ECC)、晶片上终端(ODT)以及可提高讯号完整性的偏斜校正(De-skew)训练。

  有鉴于几奈秒所能带来的竞争优势,在打造一个基于FPGA的客制化解决方案时,所采用的记忆体类型也是一项关键因素。由于QDR记忆体所具备的固有优势,很多FPGA厂商正为其最新一代基于FPGA的高性能交易解决方案导入QDR记忆体。相较于那些使用传统记忆体解决方案的交易员,采用这些FPGA的交易员拥有先发制人的优势。QDR记忆体还获得了Altera、Xilinx等业界主要FPGA供应商的支持。Altera最新发布的Arria 10 FPGA即可支援QDR-IV。预计Xilinx等者很快也会宣布在其产品中提供类似的支援。


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