[發明專利]一種國產化異構計算加速平臺

在審

• 申請號: 202010253886.6
• 申請日: 2020-04-02
• 公開（公告）號: CN111611198A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 于潼;韓華錦;趙文宇;白夢瑩;張文月
• 申請（專利權）人: 天津七所精密機電技術有限公司
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發明涉及一種國產化異構計算加速平臺，其技術特點是：包括加速器硬件平臺、操作系統層、GPU加速器驅動層、FPGA加速器驅動層、異構加速棧中間件、應用程序和加速庫；加速器硬件平臺負責計算存儲資源分配和調度；GPU加速器驅動層和FPGA加速器驅動層提供底層硬件內部資源管理接口，供異構平臺中間件調用；加速棧中間件將異構系統計算和存儲資源映射到操作系統用戶空間，為頂層應用程序提供標準化的調用接口；加速庫提供基本運算并行化以及底層優化，應用程序執行時由主機提交計算內核和執行指令，在設備上的計算單元中執行計算。本發明構建了異構眾核加速棧和異構并行計算框架，隱藏了異構系統平臺之間的差異，實現了異構加速軟硬件平臺的國產化。

技術領域

本發明屬于計算機異構技術領域，尤其是一種國產化異構計算加速平臺。

背景技術

隨著智能化、信息化的快速發展，艦艇作戰指揮系統、綜合導航、云計算中心、密碼系統等裝備對計算性能提出了更高要求。目前，部署在艦艇中的計算中心仍采用CPU集群并行計算架構，其處理器性能和功耗不斷逼近物理極限，其性能已經無法滿足人工智能、大數據等應用場景需求，因此需要開拓新的計算架構突破性能瓶頸。

隨著“中興事件”帶來的沖擊使得國產化自主可控成為艦艇裝備發展的必經之路。具有我國自主知識產權的CPU、GPU以及FPGA芯片近年來才逐漸浮出水面，國產化異構計算平臺的研究仍處于起步階段。如何有效提高國產CPU平臺通用計算能力，滿足武器裝備智能化需求是目前迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種設計合理、處理速度快且性能穩定可靠的國產化異構計算加速平臺。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種國產化異構計算加速平臺，包括加速器硬件平臺、操作系統層、GPU加速器驅動層、FPGA加速器驅動層、異構加速棧中間件、應用程序和加速庫；所述加速器硬件平臺負責計算存儲資源分配和調度；所述GPU加速器驅動層和FPGA加速器驅動層提供底層硬件內部資源管理接口，供異構平臺中間件調用；所述加速棧中間件將異構系統計算和存儲資源映射到操作系統用戶空間，為頂層應用程序提供標準化的調用接口；所述加速庫提供基本運算并行化以及底層優化，應用程序執行時由主機提交計算內核和執行指令，在設備上的計算單元中執行計算。

所述加速器硬件平臺包括主機端CPU、GPU加速器和FPGA加速器，所述主機端CPU與GPU加速器、FPGA加速器通過PCIe總線相連接實現高速通信功能。

所述主機端包括多核CPU和系統存儲器，多核CPU內置高速緩存和異構體系結構存儲器控制器；所述GPU加速器包括PCIe控制器、存儲器、線程調度引擎、計算單元、視頻加速器、編解碼器和L2緩存；所述FPGA加速器包括PCIe控制器、ARM內核、并行邏輯計算單元、高速互聯總線控制器、DDR存儲器。

所述主機端CPU采用飛騰CPU芯片，適配國產銀河麒麟操作系統；所述GPU加速器采用景嘉微電子JM7200芯片；所述FPGA加速器采用復旦微電子JMF7K325T芯片。

所述異構加速棧中間件包括異構平臺運行時和異構并行編程框架；所述異構平臺運行時是建立在硬件平臺驅動層之上的一組底層API，將應用程序運行過程中的計算內核動態編譯成底層硬件語言，再將指令隊列和內核發送到設備中運行；所述異構并行編程框架是一種跨平臺的并行編程接口，具備異構資源調度管理、內核生成與執行、內存共享傳輸功能。

本發明的優點和積極效果是：

本發明使用國產化的CPU、GPU、FPGA以及操作系統搭建基礎軟硬件平臺，通過專用加速器，以異構計算的方式提升計算性能，構建異構眾核加速棧和異構并行計算框架，隱藏異構系統平臺之間的差異；同時，實現異構加速軟硬件平臺的國產化替代，為核心技術的自主可控以及智能化技術應用于綜合導航系統提供技術支撐。

附圖說明