Грузовой вагон ( )Секретное оружие дата-центра: ускорение FPGA
2023/12/12 18:02:00
Вид：
1. ПЛИС
FPGA, полное название которой - программируемая вентильная матрица, представляет собой тип полупроводникового устройства, которое содержит настраиваемые логические блоки и соединения и может быть запрограммировано для реализации различных цифровых схем.
FPGA часто сравнивают с ASIC и микроконтроллерами. ASIC предназначены для конкретных задач и оптимизированы по производительности, но им не хватает гибкости. Микроконтроллеры - это устройства общего назначения, обычно используемые для простых задач и управляемые программным обеспечением.
Преимущество FPGA в том, что она может адаптироваться к различным задачам, сохраняя при этом высокую производительность. FPGA динамически реконфигурируются, что делает их идеальными для приложений, требующих гибкости и быстрой разработки.
FPGA включает в себя следующие компоненты:
1. Логический блок
Логические блоки являются основными блоками FPGA и содержат программируемые логические элементы, которые можно настроить для выполнения различных цифровых функций, таких как логические элементы И, ИЛИ и исключающее ИЛИ. Определите функции и соединения логических блоков посредством программирования для реализации необходимых цифровых схем.
Программируемость логических блоков - ключевая особенность FPGA, обеспечивающая высокую степень гибкости и настраиваемости.
2. Взаимосвязь
Межсоединения - это «провода», соединяющие логические блоки вместе. Он формирует программируемую матрицу маршрутизации, поддерживает гибкие связи между различными логическими блоками и в конечном итоге определяет функции FPGA.
3. Блок ввода/вывода
Блоки ввода/вывода (I/O) позволяют FPGA взаимодействовать с внешними устройствами, такими как датчики, переключатели или другие интегральные схемы. Возможность настройки для поддержки различных уровней напряжения, стандартов и протоколов.
4. Память конфигурации
В памяти конфигурации хранятся данные программирования, которые определяют, как сконфигурированы логические блоки и соединения FPGA. Эти данные загружаются во время включения питания, чтобы они могли выполнять заранее определенные функции.
2. Почему FPGA быстрее, чем CPU и GPU?
И ЦП, и графический процессор используют структуру фон Неймана для выполнения инструкций и совместного использования памяти. Основная причина, по которой FPGA работает быстрее, чем CPU и GPU, заключается в том, что она не использует архитектуру набора команд и архитектуру общей памяти.
В структуре Feng исполнительный блок должен иметь возможность выполнять произвольные инструкции, поэтому ему требуется память команд, декодеры, арифметические блоки для различных инструкций и логика обработки перехода ветвления. В ПЛИС функция логического блока определяется при перепрограммировании без инструкций.
Память в архитектуре Фэна служит двум целям: 1) сохранение состояния и 2) обработка связи между устройствами. Регистры FPGA и встроенная память (BRAM) принадлежат собственной логике управления, что исключает ненужный арбитраж и кэширование.
В FPGA соединение между логическим блоком и окружающими логическими блоками определяется во время перепрограммирования, и связь с общей памятью не требуется. Для задач конвейерных вычислений конвейерный параллелизм FPGA и параллелизм данных имеют очевидные преимущества и могут обеспечить меньшую задержку.
В центрах обработки данных основным преимуществом FPGA является низкая задержка, подходящая для потоковой передачи задач с интенсивными вычислениями и коммуникацией.По сравнению с CPU и GPU, FPGA более стабильна и имеет отличную производительность. Хотя ASIC хорошо работает с точки зрения пропускной способности, задержки, энергопотребления и т. д., затраты на его исследования и разработки высоки, а цикл длительный, и он не так гибок, как FPGA, для адаптации к потребностям различных сценариев. В многопользовательских средах в центрах обработки данных использование FPGA может поддерживать однородность и упростить планирование задач, а также эксплуатацию и обслуживание.
Таким образом, FPGA обладает превосходной производительностью и стабильностью при обработке потоковых вычислительных и коммуникационных задач, что дает ей широкие перспективы применения в центрах обработки данных и других областях.
FPGA, полное название которой - программируемая вентильная матрица, представляет собой тип полупроводникового устройства, которое содержит настраиваемые логические блоки и соединения и может быть запрограммировано для реализации различных цифровых схем.
FPGA часто сравнивают с ASIC и микроконтроллерами. ASIC предназначены для конкретных задач и оптимизированы по производительности, но им не хватает гибкости. Микроконтроллеры - это устройства общего назначения, обычно используемые для простых задач и управляемые программным обеспечением.
Преимущество FPGA в том, что она может адаптироваться к различным задачам, сохраняя при этом высокую производительность. FPGA динамически реконфигурируются, что делает их идеальными для приложений, требующих гибкости и быстрой разработки.
FPGA включает в себя следующие компоненты:
1. Логический блок
Логические блоки являются основными блоками FPGA и содержат программируемые логические элементы, которые можно настроить для выполнения различных цифровых функций, таких как логические элементы И, ИЛИ и исключающее ИЛИ. Определите функции и соединения логических блоков посредством программирования для реализации необходимых цифровых схем.
Программируемость логических блоков - ключевая особенность FPGA, обеспечивающая высокую степень гибкости и настраиваемости.
2. Взаимосвязь
Межсоединения - это «провода», соединяющие логические блоки вместе. Он формирует программируемую матрицу маршрутизации, поддерживает гибкие связи между различными логическими блоками и в конечном итоге определяет функции FPGA.
3. Блок ввода/вывода
Блоки ввода/вывода (I/O) позволяют FPGA взаимодействовать с внешними устройствами, такими как датчики, переключатели или другие интегральные схемы. Возможность настройки для поддержки различных уровней напряжения, стандартов и протоколов.
4. Память конфигурации
В памяти конфигурации хранятся данные программирования, которые определяют, как сконфигурированы логические блоки и соединения FPGA. Эти данные загружаются во время включения питания, чтобы они могли выполнять заранее определенные функции.
2. Почему FPGA быстрее, чем CPU и GPU?
И ЦП, и графический процессор используют структуру фон Неймана для выполнения инструкций и совместного использования памяти. Основная причина, по которой FPGA работает быстрее, чем CPU и GPU, заключается в том, что она не использует архитектуру набора команд и архитектуру общей памяти.
В структуре Feng исполнительный блок должен иметь возможность выполнять произвольные инструкции, поэтому ему требуется память команд, декодеры, арифметические блоки для различных инструкций и логика обработки перехода ветвления. В ПЛИС функция логического блока определяется при перепрограммировании без инструкций.
Память в архитектуре Фэна служит двум целям: 1) сохранение состояния и 2) обработка связи между устройствами. Регистры FPGA и встроенная память (BRAM) принадлежат собственной логике управления, что исключает ненужный арбитраж и кэширование.
В FPGA соединение между логическим блоком и окружающими логическими блоками определяется во время перепрограммирования, и связь с общей памятью не требуется. Для задач конвейерных вычислений конвейерный параллелизм FPGA и параллелизм данных имеют очевидные преимущества и могут обеспечить меньшую задержку.
В центрах обработки данных основным преимуществом FPGA является низкая задержка, подходящая для потоковой передачи задач с интенсивными вычислениями и коммуникацией.По сравнению с CPU и GPU, FPGA более стабильна и имеет отличную производительность. Хотя ASIC хорошо работает с точки зрения пропускной способности, задержки, энергопотребления и т. д., затраты на его исследования и разработки высоки, а цикл длительный, и он не так гибок, как FPGA, для адаптации к потребностям различных сценариев. В многопользовательских средах в центрах обработки данных использование FPGA может поддерживать однородность и упростить планирование задач, а также эксплуатацию и обслуживание.
Таким образом, FPGA обладает превосходной производительностью и стабильностью при обработке потоковых вычислительных и коммуникационных задач, что дает ей широкие перспективы применения в центрах обработки данных и других областях.
