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深度|FPGA异构计算平台及其应用

2016-08-05 10:15来源:电力信息与通信技术作者:胡雷钧 等关键词:电力系统浪潮电机控制收藏点赞

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图3基于OpenCL实现FPGA逻辑的系统模块框图

系统中的每个内核流水线可以同时应用于多个执行通路,即可以通过算法级的描述进行流水线复制,形成多流水线架构。相较于采用Verilog、VHDL等硬件描述语言的传统FPGA开发方法,基于OpenCL的FPGA开发避免了硬件设计知识依赖,可缩短开发周期10倍以上。2名软件开发人员约3个月时间即可推出新产品。

解决的问题和意义

FPGA异构计算是一种基于FPGA的并行计算方式,它充分利用FPGA芯片的低功耗、动态可重构、计算延时低等特点,根据每个计算子系统的结构特点为其分配不同的计算任务,是提升数据中心服务器计算性能和降低功耗的重要手段。

深度学习算法加速:浪潮与第三方合作,利用FPGA异构计算平台开展了深度学习DNN语音识别算法加速研究。该研究的实测结果表明,FPGA具有明显的性能功耗比优势,基于AlteraFPGA的DNN运行时间相比于基于IntelXeonE5-2650V2双路CPU性能加速2.871倍,而FPGA功耗为只有CPU的15.7%。在DNN实际运行测试中,FPGA可实现30GFlops/W的高性能功耗比,能大大节省应用功耗成本。

Gzip压缩:分别用基于OpenCL的FPGA平台、基于Verilog的FPGA平台以及CPU平台实现gzip压缩算法的实验结果显示,基于FPGA异构计算平台的gzip算法的吞吐量为3.2GB/s,相比于CPU平台具有10倍的性能提升,基于OpenCL的FPGA平台在吞吐量上相对于IBM用Verilog开发的FPGA平台仅提升了6%,但在开发周期上有3倍的提升,整体性能提高。

电力系统:在电机和电机控制方面,当前电机控制系统趋于多样化复杂化,高端DSP并不适用于需要同时处理高精度时间运算以及面向任务运算的系统。FPGA的并行计算和可编程特性能够满足上述需求,其并行特性支持电机控制系统构建模块的集成。设计人员利用FPGA实现多种嵌入式处理器,独立控制每一个子系统,FPGA正逐渐取代DSP对复杂的电机控制算法进行并行运算,提高了电力控制的灵活性和整体性能。在电机驱动系统中采用基于FPGA平台实现的速率可变驱动器(VSD)来替代传统的驱动器能够显著提高效率,能耗节省了近40%。

FPGA异构计算是一种基于FPGA的并行计算方式,它充分利用FPGA芯片的低功耗、动态可重构、计算延时低等特点,根据每个计算子系统的结构特点为其分配不同的计算任务,是提升数据中心服务器计算性能和降低功耗的重要手段。本文从硬件体系结构和软件编程模型两个方面阐述了FPGA异构计算平台的设计理念和关键技术,并通过应用实践阐明了FPGA异构计算平台在提高服务器的计算性能和能效比方面具有的明显优势,为FPGA异构计算平台的进一步研究与发展提供了理论依据。

原标题:FPGA异构计算平台及其应用
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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