片內(nèi)多核分布式處理機(jī)制的FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、分布式處理是目前非常流行的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化都基于軟件平臺(tái)。本研究提出了一種通過(guò)硬件(FPGA)實(shí)現(xiàn)片內(nèi)多核分布式處理機(jī)制設(shè)計(jì)方案。
　　異構(gòu)多核芯片廣泛應(yīng)用于現(xiàn)今的頂層超級(jí)計(jì)算機(jī)當(dāng)中，類(lèi)似的異構(gòu)處理單元（或計(jì)算加速器）也普遍存在于FPGA系統(tǒng)當(dāng)中。在多核芯片和FPGA系統(tǒng)當(dāng)中，片上網(wǎng)絡(luò)對(duì)于連接這些處理單元起著關(guān)鍵作用。但是，目前普遍應(yīng)用的片上網(wǎng)絡(luò)只用于片上構(gòu)件和存儲(chǔ)接口間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。隨著系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的不斷增加，傳統(tǒng)的編

2、程方法，例如MPI，對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)和片下網(wǎng)絡(luò)的利用率都不高，導(dǎo)致通信成為性能的瓶頸。
　　本研究提出了一種片內(nèi)多核分布式處理機(jī)制（消息傳遞引擎MPE）的設(shè)計(jì)方案，作為片上網(wǎng)絡(luò)的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和集合通信。一方面，消息傳遞引擎通過(guò)承擔(dān)通用處理單元的工作負(fù)載大幅提高了通信性能。另一方面，消息傳遞引擎給異構(gòu)處理單元直接提供了接口，這樣可以減少甚至去除操作系統(tǒng)和庫(kù)周?chē)臄?shù)據(jù)通道。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，消息傳遞引擎可以大幅度的減少通信時(shí)間以及

3、提高整體性能，尤其對(duì)于和網(wǎng)絡(luò)緊耦合的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)來(lái)說(shuō)。另外，硬件測(cè)試結(jié)果表明消息傳遞引擎可以高效率的承擔(dān)通信任務(wù)，使得處理單元在計(jì)算上得以充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
　　本設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)為賽靈思公司的FPGA開(kāi)發(fā)板Virtex-5，其嵌入的MicroBlaze處理器可作為設(shè)計(jì)的中央處理器。由于采用了32位RISC(Reduced Instruction Set Computer)優(yōu)化架構(gòu)，MicroBlaze核所占用的片上資源非常少，簡(jiǎn)單且具