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  • 發布時間:2020-10-26 16:13 原文鏈接: 為高性能FPGA平臺選擇最佳存儲器(二)

      另一個資料集-訂單簿-是所有訂單的資料庫,包含交易系統需要維護的符號和價格。這個資料庫通常根據交易客戶感興趣的證券而包含所有金融工具的一部份。訂單簿必須根據從客戶而來的資訊同步進行更新與存取。訂單簿中的相關資料與從交易所收到的資料進行比較,然后再根據交易演算法做出買、賣或保留金融工具的決策。

      由于來自證券交易所的輸入資料串流并不是以確定順序方式接收的,因此,執行交易策略的記憶體存取也是隨機的,以小量資料的叢發進行,并以最低延遲獲取資料。以記憶體術語來說,執行這種隨機存取的能力是由一種名為隨機交易率(RTR)的指標衡量的。RTR表示記憶體在一定時間內可支援的隨機讀取或寫入作業次數,其衡量指標是:交易次數/秒的倍數(例如MT/s或GT/s)。在大多數記憶體中,隨機存取時間是由周期延遲(tRC)定義。最大的RTR約為tRC的倒數(1/tRC)。

      快取記憶體的選擇經常限制基于FPGA的硬體能力。大多數的FPGA只采用傳統基于DRAM的記憶體,因為它們具備成本優勢,而且密度較高。但是,這些記憶體極其緩慢,而且容易發生軟錯誤。考慮到這些系統每秒的交易量,我們不能犧牲速度和可靠性。

      從純技術的角度探討兩種運用最廣泛的DRAM:同步DRAM(SDRAM)和低延遲DRAM(RLDRAM)。過去10年來,SDRAM的tRC并沒有很大變化(將來可能也不會),一直維持在48ns左右,對應21 MT/s RTR,其它基于DRAM的記憶體設計則以犧牲密度改進了tRC。例如,RLDRAM 3的tRC為8ns,對應于125MT/s RTR。基本上,DRAM是為那些依序存取確定性運算演算法而最佳化的,但高頻交易并非采用這樣的方式。

      一個更好的選擇是同步SRAM。雖然基于DRAM的記憶體具備較高的記憶體容量,但它們無法滿足交易平臺使用快取記憶體的延遲和性能要求。數十年來,SRAM一直是大多數高性能應用的首選記憶體。基于SRAM的解決方案可能比一般基于DRAM的解決方案更快高達24倍。

      在SRAM中,QDR系列SRAM的性能比任何類型的記憶體都要高。QDR SRAM是專為突發和隨機存取而設計的。藉由一個讀寫專用埠,QDR記憶體是訂單簿管理等讀寫均衡作業的理想選擇。例如賽普拉斯半導體(Cypress Semiconductor)最新推出的QDR SRAM——QDR-IV,更進一步提供了兩個雙向埠。當讀寫作業不均衡時,例如當查詢TCP/IP處理和資料串流處理等操作時,采用QDR-IV將會非常高效。

      下表比較各種核心記憶體技術采用的解決方案:

      為高性能FPGA平臺選擇最佳存儲器

      表1:各種核心記憶體技術方案的特性比較

      QDR-IV記憶體的RTR為2132MT/s,延遲為7.5ns。考慮到隨機存取性能對于FPGA解決方案的重要性,這些記憶體有助于大幅縮短交易的總延遲。該款SRAM較高的作業頻率和雙埠作業特性,可為那些要求嚴苛的網路環境搭建超低延遲的資料封包緩沖區。此外,QDR-IV無與倫比的RTR可加快需要即時查詢或其它資料結構的客制應用。而DRAM則更適合儲存資料大量的資料記錄資訊,而高性能的SRAM可與其配合作業,儲存延遲關鍵型路徑的運算查詢或緩存資料。

      各種記憶體的RTR性能比較

      為高性能FPGA平臺選擇最佳存儲器

      圖3:各種記憶體技術的RTR比較 (來源:Cypress)

      除了RTR和延遲優勢之外,很多SRAM還包含一系列新的特性,例如可實現高可靠性的錯誤糾正碼(ECC)、晶片上終端(ODT)以及可提高訊號完整性的偏斜校正(De-skew)訓練。

      有鑒于幾奈秒所能帶來的競爭優勢,在打造一個基于FPGA的客制化解決方案時,所采用的記憶體類型也是一項關鍵因素。由于QDR記憶體所具備的固有優勢,很多FPGA廠商正為其最新一代基于FPGA的高性能交易解決方案導入QDR記憶體。相較于那些使用傳統記憶體解決方案的交易員,采用這些FPGA的交易員擁有先發制人的優勢。QDR記憶體還獲得了Altera、Xilinx等業界主要FPGA供應商的支持。Altera最新發布的Arria 10 FPGA即可支援QDR-IV。預計Xilinx等者很快也會宣布在其產品中提供類似的支援。


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