[發明專利]一種基于大規模FPGA芯片的計算加速系統及其加速方法

在審

• 申請號: 201710813770.1
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107632957A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 童歡歡;楊磊;潘家曄
• 申請（專利權）人: 南京彈跳力信息技術有限公司
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78;G06F13/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計算加速技術領域，尤其涉及一種基于大規模FPGA芯片的計算加速系統及其加速方法。

背景技術

當前在基因工程、天氣預報、石油勘探、地震研究等領域的運算量日益增大。可以預見，未來這些領域的計算需求將會越來越大，這就對計算加速提出了更高的要求。目前的計算加速方法主要分為三種：集群計算加速、基于GPU的并行計算加速和基于FPGA的可重構計算加速。

集群計算（Cluster Computing）

集群是由一些互相連接在一起的計算機構成的一個并行或分布式系統。服務器集群系統通俗地講就是把多臺服務器通過快速通信鏈路連接起來，從外部看來，這些服務器就像一臺服務器在工作，而對內來說，外面來的負載通過一定的機制動態地分配到這些節點機中去，從而達到超級服務器才有的高性能、高可用。集群技術是一種相對較新的技術，通過集群技術，可以在付出較低成本的情況下獲得在性能、可靠性、靈活性方面的相對較高的收益。目前，在世界各地正在運行的超級計算機中，有許多都是采用集群技術來實現的。

GPU（Graphics Processing Unit），即圖形處理器，是一種專門進行圖像運算工作的微處理器。如今GPU 作為協處理器的一種已成為當代計算加速系統的重要組成部分之一，是目前計算加速的主要方法。自 1999 年NVIDIA 將世界上第一個 GPU 推向市場以來，GPU 得到迅速發展，短短十年內其功能已從單一的圖形顯示發展到高速并行計算（GPGPU，General Purpose GPU，即通用計算GPU）。由 CPU+GPU 組成的異構計算模式，由于其優異的性能功耗比，已被廣泛部署于物理學仿真、分子動力學、地震模擬等工程領域。

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現場可編程門陣列，它是由通過可編程互連連接的可配置邏輯塊 (CLB) 矩陣構成的半導體器件。可重構計算（Reconfigurable Computing）技術是指在軟件的控制下，利用系統中的可重用資源，根據應用的需要重新構造一個新的計算平臺，達到接近專用硬件設計的高性能。

基于FPGA 的可重構計算系統加速是目前在工程計算中得到運用的一種新型方法，適用于大部分的計算密集型和數據密集型的應用，如金融計算、密碼學、生命科學、石油勘探、大數據處理等等。它通過硬件優化來實現對特定應用的更好的運行效率，即持續性能能達到更接近峰值運算性能的值，同時與GPU和CPU相比FPGA的能效比更高，是一種新興的有前景的計算加速方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術的不足提供了一種新型的FPGA可重構、高密度的基于大規模FPGA芯片的計算加速系統及其加速方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案

一種基于大規模FPGA芯片的計算加速系統，包含服務器及與所述服務器連接的FPGA計算加速卡；

所述服務器，用于發送待計算數據至所述FPGA計算加速卡，以及用于讀取所述FPGA計算加速卡加速計算后得到的結果數據；

所述FPGA計算加速卡，用于利用服務器發送的待計算數據進行相應的加速計算，得到所述結果數據。

作為本發明一種基于大規模FPGA芯片的計算加速系統的進一步優選方案，所述服務器包含電源模塊、數據分發及回收模塊、接口模塊、加速模塊以及相應的業務分發模塊；

其中，電源模塊，用于提供服務器所需電能；

數據分發及回收模塊，用于分發和回收數據計算結果；

接口模塊，用于與FPGA計算加速卡進行數據傳輸：用于發送待計算數據至所述FPGA計算加速卡，以及將FPGA計算加速卡加速計算后的結果數據傳輸至服務器；

加速模塊以及相應的業務分發模塊，用于加速處理數據的分發及回收。

作為本發明一種基于大規模FPGA芯片的計算加速系統的進一步優選方案，所述FPGA計算加速卡包含數據通訊接口、12顆FPGA芯片以及與所述FPGA芯片分別一一對應連接的存儲器；

所述數據通訊接口，用于與服務器進行數據傳輸：用于接收服務器發送的待計算數據，以及將FPGA計算加速卡加速計算后的結果數據傳輸至服務器；

所述FPGA芯片，用于加速計算服務器發送的待計算數據；

所述存儲器，用于存儲服務器發送的待計算數據，以及FPGA計算加速卡加速計算后的結果數據。