为高性能FPGA平台选择最佳存储器

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：

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

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。