基于PCIe的高性能FPGA-GPU-CPU异构编程架构

• 作者: 孙兆鹏 周宽久
• 来源期刊: 计算机工程与科学
• 关键词: 状态变迁矩阵 异构计算 FPGA GPU PCIe
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: 高性能计算
• 页码范围: 641-651
• 页数: 11页
• 分类号: TP303
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1007-130X.2021.04.010

摘要

异构计算作为一种特殊的并行计算方式,能根据计算任务的特点发挥不同计算资源的能力,在提高服务器计算性能、能效比和实时性方面有极大优势,但目前异构计算环境存在编程复杂、可信性无法保证的问题.针对以上问题,提出了一个基于状态变迁矩阵(STM)的编程框架,可以集成GPU和FP-GA的资源.通过状态迁移矩阵对CUDA和Vivado的应用程序接口(API)进行集成,自动生成异构计算所需要的标准C代码.通过PCIe总线连接GPU和FPGA设备,从而可以在这些异构计算单元之间进行数据传输,中间无需使用系统CPU内存.并且通过GPUDirect RDM A实现了FPGA作为主控器的PCIe通信,突破了GPU作为主控器的PCIe通信当中读取操作的短板.实验表明,相比共享内存的通信方式,FPGA作为主控器的PCIe通信方式的通信效率提高了1.4倍,实现的数据速率接近理论带宽的最大值.