片內多核分布式處理機制的FPGA實現.pdf

1、分布式處理是目前非常流行的一個研究熱點，其實現與優(yōu)化都基于軟件平臺。本研究提出了一種通過硬件(FPGA)實現片內多核分布式處理機制設計方案。
　　異構多核芯片廣泛應用于現今的頂層超級計算機當中，類似的異構處理單元（或計算加速器）也普遍存在于FPGA系統當中。在多核芯片和FPGA系統當中，片上網絡對于連接這些處理單元起著關鍵作用。但是，目前普遍應用的片上網絡只用于片上構件和存儲接口間的點對點通信。隨著系統節(jié)點數量的不斷增加，傳統的編

2、程方法，例如MPI，對片上網絡和片下網絡的利用率都不高，導致通信成為性能的瓶頸。
　　本研究提出了一種片內多核分布式處理機制（消息傳遞引擎MPE）的設計方案，作為片上網絡的一部分來實現硬件點對點通信和集合通信。一方面，消息傳遞引擎通過承擔通用處理單元的工作負載大幅提高了通信性能。另一方面，消息傳遞引擎給異構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和庫周圍的數據通道。實驗結果表明，消息傳遞引擎可以大幅度的減少通信時間以及

3、提高整體性能，尤其對于和網絡緊耦合的異構計算系統來說。另外，硬件測試結果表明消息傳遞引擎可以高效率的承擔通信任務，使得處理單元在計算上得以充分發(fā)揮優(yōu)勢。
　　本設計的硬件平臺為賽靈思公司的FPGA開發(fā)板Virtex-5，其嵌入的MicroBlaze處理器可作為設計的中央處理器。由于采用了32位RISC(Reduced Instruction Set Computer)優(yōu)化架構，MicroBlaze核所占用的片上資源非常少，簡單且具