《電子技術應用》
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當CPU遇到FPGA 異構計算威力大無窮

基于FPGA的異構計算開發(fā)平臺及應用
2016-07-13
作者:王偉
來源:電子技術應用

在過去較長一段時間里,我們使用單核CPU進行計算,然而隨著晶體管尺寸的不斷減小,單核CPU的性能提升遇到瓶頸。而單純的增加核心數(shù)目對性能提升有限,同時由于同構處理器累加造成能效低下,功耗、散熱、可靠性等問題難以解決。

此時,專用領域的眾核處理器與CPU組成的異構計算平臺成為了一種新的解決方案,由此開啟了異構計算時代的大門。其中CPU+FPGA的新型異構計算平臺,因其較高的能量效率,成為了一個新的研究熱點。

在2016年中國(成都)電子展期間,電子技術應用舉辦了以“基于FPGA的異構計算開發(fā)平臺及應用”為主題的Tech-Workshop。來自電子科技大學的黃樂天博士介紹了基于CPU和FPGA平臺進行數(shù)據(jù)挖掘的算法研究與實現(xiàn)。這里的FPGA異構計算平臺,采用了OpenCL異構計算標準進行異構程序的設計,包括運行在CPU上的主機程序以及運行在FPGA上的內核程序。同時,黃樂天還分享了兩個設計方案,即分類/聚類算法異構實現(xiàn)方案設計和游戲機器人異構實現(xiàn)方案設計。

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電子科技大學黃樂天博士

分類/聚類算法異構實現(xiàn)方案設計

       傳統(tǒng)異構方案中,CPU將數(shù)據(jù)一次性發(fā)送給FPGA,處理完成后再交給CPU,加速設備與主機并不同時參與計算。與傳統(tǒng)方案不同,本設計采用了設備間流水處理的加速方案,即:將數(shù)據(jù)集進行了分組,各組數(shù)據(jù)在被處理時可在FPGA與CPU之間形成流水操作,使得CPU和FPGA可以同時參與計算,充分發(fā)揮了異構系統(tǒng)的優(yōu)勢。

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KNN算法異構實現(xiàn)方案設計

游戲機器人異構實現(xiàn)方案設計

       本設計的主機端采用Intel 的CPU,主要進行邏輯控制;設備端采用Altera的DE5板卡,主要完成圖像處理加速任務。該設計基于OpenCL開發(fā),具有擬人視覺、智能進化、并行優(yōu)化、異構加速和噪聲抑制的特性。

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游戲機器人系統(tǒng)架構

       以上分享的兩個設計案例都是服務器級的異構計算,同時也是最為成熟的異構計算模式。除此之外還有芯片級異構計算和數(shù)據(jù)中心級異構計算,其中前者目前尚不成熟,有很大的優(yōu)化空間,其實現(xiàn)模式業(yè)內尚未探討清楚,但可以肯定未來將成為最有價值的市場。

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