FPGA協(xié)處理技術(shù)介紹及進(jìn)展

使持續性能接近峰值
對于可并行化或流水化的任務(wù)，相對于峰值性能而言，FPGA經(jīng)常能夠大大提高持續性能，并可利用各器件資源。以一個(gè)蒙特卡洛布萊克-斯科爾斯基準測試程序為例，它可建立一條運行頻率為150MHz的等式流水線(xiàn)。

在每個(gè)時(shí)鐘周期，FPGA通過(guò)梅森素數旋轉核產(chǎn)生的隨機數被輸入(接入)“定制指令”，每個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生一個(gè)結果。12條“定制指令”與模塊的兩片FPGA匹配，利用雙精度浮點(diǎn)邏輯輸出12×150M=1.8G結果/秒。通過(guò)額外倍頻，可預期實(shí)現性能為上述性能的兩倍。

對比不同架構的浮點(diǎn)能力持續性能與峰值性能十分有趣。表2給出了四種可能解決方案的單精度浮點(diǎn)峰值性能。由于布萊克-斯科爾斯公式需要常規加法與乘法函數以外更多的函數(指數、平方根等)，布萊克-斯科爾斯結果的總GFLOPS未作統計。

表3給出了布萊克-斯科爾斯結果與峰值GFLOPS的比例，作為比較持續性能與峰值性能的一種相對衡量方法。相比峰值性能，FPGA達到了最佳持續性能。相比另外兩種加速器的單精度邏輯，FPGA的雙精度邏輯具有最優(yōu)原始性能以及最優(yōu)的“性能/瓦”參數。

對許多包含并行性或可流水化的算法而言，由于裕量連接帶寬可實(shí)現用戶(hù)自定義的數據通路，這樣，邏輯可在一個(gè)時(shí)鐘周期內訪(fǎng)問(wèn)存儲器或訪(fǎng)問(wèn)另一個(gè)邏輯塊的結果，從而使FPGA的持續性能可接近峰值性能。由于固定架構具備預先確定的用以實(shí)現不同功能的邏輯塊集合，所以可以為FPGA配置支持某種給定算法的最優(yōu)邏輯函數比例來(lái)實(shí)現器件資源的最佳利用。