層疊式多CPu-FPGA微服務器體系架構的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著高性能計算和云計算的發(fā)展，計算機系統(tǒng)的性能不斷提升，越來越高的功耗逐漸成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸。當前，嵌入式微處理器(如ARM)的性能有了很大的改善，而且具有低功耗的特點。與此同時，集成電路和可編程技術的發(fā)展，使得FPGA(Field-Programmable Gate Array)的應用更加廣泛，利用硬件并行計算，能實現(xiàn)特定算法的加速。FPGA與嵌入式CPU的結合，能夠彌補CPU相對不足的計算能力。因此，采用多個低功耗的CPU-FP

2、GA模塊來構建微服務器，是一種實現(xiàn)高密度節(jié)能型高性能計算平臺的新途徑。本文研究實現(xiàn)了一個物理上層疊排列的，由多個CPU-FPGA模塊構成的微服務器原型系統(tǒng)的體系架構。
　　該微服務器體系架構在本文中包括三個方面:微服務器總體架構、微服務器互聯(lián)方式和微服務器存儲結構。
　　在總體架構方面，本文在需求分析的基礎上，研究設計了層疊式多CPU-FPGA微服務器的總體架構，即該微服務器由多個通過內部自定義總線互連的模塊組成，模塊分為M

3、aster和Slave;每個模塊具有CPU-FPGA異構計算結構;多個模塊形成分布式共享存儲系統(tǒng);系統(tǒng)的對外通信接口為Master的以太網(wǎng)口。
　　在互聯(lián)方式方面，本文從板內互聯(lián)、板間互聯(lián)和系統(tǒng)對外連接三個方面闡述了微服務器內外的互聯(lián)結構。板內互聯(lián)綜合采用了AXI GP和AXI HP接口;板間互聯(lián)選擇了簡易高效的自定義總線SEU-mBUS互聯(lián);系統(tǒng)對外連接采用Master上的單數(shù)據(jù)通路方式。
　　在存儲結構方面，本文首先確定

4、了系統(tǒng)要實現(xiàn)的是分布式共享存儲結構，然后在對存儲一致性模型分析的基礎上，從減少一致性維護通信量的角度，確定了系統(tǒng)使用基于鎖的域一致性模型，最后在操作系統(tǒng)層次上，主要從存儲器組織和一致性協(xié)議兩個方面設計了微服務器的SVM(Shared Virtual Memory)結構。
　　最后本文實現(xiàn)了該微服務器架構原型系統(tǒng)，并且在該原型上實現(xiàn)了衛(wèi)星云圖檢索系統(tǒng)的應用實例，依據(jù)該應用對原型系統(tǒng)的計算速度進行性能測試，最后分析出該微服務器相對于塔