SoPC FPGA云平台软硬件协同交互框架  

SoPC-enabled FPGA cloud platform and its hardware-software collaborative interaction framework

作　　者：赵然 常轶松[1,2] 刘波 刘超伟[3] 陈明宇[1,2] 张科[1,2] Zhao Ran;Chang Yisong;Liu Bo;Liu Chaowei;Chen Mingyu;Zhang Ke(Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190;University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;Beijing Institute of Control Engineering, Beijing 100190)

机构地区：[1]中国科学院计算技术研究所,北京100190 [2]中国科学院大学,北京100049 [3]北京控制工程研究所,北京100190

出　　处：《高技术通讯》2020年第4期342-347,共6页Chinese High Technology Letters

基　　金：国家重点研发计划(2016YFB1000401);中国科学院C类战略先导科技专项(XDC05030400);国家自然科学基金(61702485);中国科学院青年创新促进会(2017143);中国科学院计算所创新课题(20196010);计算机体系结构国家重点实验室创新(CARCH4410)资助项目。

摘　　要：针对现有商用现场可编程门阵列(FPGA)云服务(FaaS)平台部署密度低、成本高的问题,提出一种基于可编程片上系统(SoPC)FPGA软硬件协同框架部署云平台的方法。该框架在满足一定性能需求的前提下,实现高密度、低成本、方便管理的SoPC FPGA云平台结构。该框架充分利用包含通用硬核处理器的SoPC软件编程性为大数据处理平台体系结构引入新维度的异构计算能力;同时通过在SoPC上进行软-硬件协同的系统级设计,为FPGA可编程硬件提供灵活、安全、可控的资源管理和配置环境,有效提升云平台加速节点的通用计算及数据管理能力;并结合SoPC和FPGA自身的低功耗特性,提升云平台加速节点的计算能效。通过基于该框架的原型平台上部署深度学习与存储阵列加速实例,验证了该云平台具备快速部署以及加速应用的能力,并具有高部署密度、低成本等特点。In order to tackle the problem of low computing deployment density and energy efficiency in mainstream commercial field-programmable gate array(FPGA)cloud,a hardware-software collaboration framework is proposed.Firstly,the framework makes fully leverage hardware-software-SW programmability of the system on programmable chip(SoPC)-enabled FPGA cloud platform without involvement of commodity expensive CPU-based servers.Secondly,through the system-level design of software-hardware cooperation on SoPC,it provides a flexible and controllable resource management and configuration environment for the programmable hardware of FPGA,effectively improving the general computing and data management capabilities of cloud platform accelerating nodes.Thirdly,through combining the low power characteristics of SoPC and FPGA,the framework can improve the computing energy efficiency of cloud platform accelerating nodes.Finally,the accelerating instantiation results demonstrate the feasibility and efficiency of the proposed framework.

关 键 词：现场可编程门阵列(FPGA)云服务(FaaS) 深度学习 加速器 存储阵列 

分 类 号：TP3[自动化与计算机技术—计算机科学与技术]