在FPGA上优化实现复数浮点计算

1、在fpga上优化实现复数浮点计算应指出，矩阵大小并不相同。田纳西州高校结果是从512×512矩阵大小开头的。bdti基准测试达到了360×360矩阵大小。缘由是，矩阵规模较小时，gpu效率十分低，因此，在这些应用中，不应当用法它们来加速cpu。在规模较小的矩阵时，fpga的工作效率十分高。第二，bdti基准测试是基于每个cholesky内核的。每个可参数赋值的cholesky内核支持挑选矩阵大小，矢量大小和通道数量。矢量大小大致打算了fpga资源。较大的360×360矩阵用法了较长的矢量，支持这一fpga中实现一个内核，达到91gflop/s。较小的60×

2、;60矩阵用法的资源更少，因此，可以实现两个内核，总共是2×39=78gflop/s。最小的30×30矩阵支持实现三个内核，总共是3×26=78gflop/s。fpga看起来更适合解决数据规模较小的问题。缘由之一是由于计算负载随n3而增大，数据i/o随n2增大，终于，随着数据的增强，gpu的i/o瓶颈不再是问题。另一项考虑是吞吐量。随着矩阵规模的增大，因为每个矩阵的处理量增大，矩阵每秒吞吐量会大幅度下降。在某些点，吞吐量变得十分低，以至于无法满足无数应用的要求。在无数状况下，会分解大规模矩阵，处理每个小的子矩阵，以解决因为浩大的处理负载造成的吞吐量限制问题。对于f

3、ft，计算负载增强n log2 n，而数据i/o随n增大而增大。对于规模较大的数据，gpu是高效的计算引擎。作为对照，数据长度很短时，fpga是高效的计算引擎，更适合fft长度达到数千的无数应用，对于gpu，fft长度是数十万。gpu和fpga设计办法用法nvidia的专用cuda语言或者开放标准opencl语言对gpu举行编程。这些语言在能力上十分相像，而最大的不同在于cuda只能用在nvidia gpu上。fpga通常用法hdl语言或者举行编程。这些语言的最新版虽然采纳了浮点数定义，不用举行综合，但都不太适合支持浮点设计。例如，在system verilog中，短实数变量与ieee单精度(

4、浮点)对应，实数变量与ieee双精度对应。用法传统的办法，将浮点数据通路综合到fpga的效率十分低。xilinx fpga在cholesky算法上的性能很低，它用法了xilinx浮点内核生胜利能，这证明了这一点。而altera采纳了两种不同的办法。第一种用法基于的设计输入，称之为dsp builder高级模块库。这一工具包含了对定点和浮点数的支持。它支持7种不同精度的浮点，包括ieee半精度、单精度和双精度。它还支持矢量化，这是高效实现线性代数所需要的。而最重要的是，它能够将浮点高效的映射到目前的定点fpga体系结构中，如基准测试所示，规模中等的28 nm fpga，cholesky算法临近了

5、100gflop/s。作为对照，在不具有综合能力的规模相像的xilinx fpga上，实现同样的算法，用法密度相像的fpga，性能惟独20gflop/s。面对fpga的openclgpu编程人员比较认识opencl。面对fpga的opencl编译意味着，面对amd或者nvidia gpu编写的opencl代码可以编译到fpga中。altera的opencl编译器支持gpu程序用法fpga，不需要娴熟的开发典型的fpga设计。用法支持fpga的opencl，相对于gpu有几个关键优势。首先，gpu的i/o是有限制的。全部输入和输出数据必需由主cpu通过pci接口举行传输。结果延时会让gpu处理引

6、擎暂停，因此，降低了性能。fpga以各种宽带i/o功能而知名。这些功能支持数据通过千兆以太网和srio，或者挺直从和输入输出fpga。altera定义了opencl标准的供给商专用扩展，以支持流操作。即使与i/o瓶颈无关，fpga的处理延时也要比gpu低无数。尽人皆知，gpu必需有数千个线程才干高效的工作。这是因为存储器读取很长的延时，以及gpu大量的处理内核之间的延时。事实上，gpu必需有无数任务才干使得处理内核不会暂停等待数据，否则会导致任务很长的延时。而fpga用法了“粗粒度并行”体系结构。它建立了多个经过优化的并行数据通路，每一通路普通在每个时钟周期输出一个结果。数据通路的例化数取决于fpga资源，但普通要比gpu内核数少无数。但是，每一数据通路例化的吞吐量要比gpu内核高得多。这一办法的主要优势是低延时。降低延时在无数应用中都是关键的性能优势。fpga的另一优势是很低的功耗，极大的降低了每瓦gflop/s。正如bdti所测量的，cholesky等复数浮点算法的每瓦gflop/s是每瓦56gflop/s。普通很难举行gpu能效测量，但是，cholesky的gpu性能达到50gflop/s，典型功耗是200w，得到的结果是0.25每瓦gflop/s，单位flop/s