基于 FPGA 客户端的分布式计算网络设计.doc
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1、基于 FPGA 客户端的分布式计算网络设计高校和私企正在应用分布式平台,而不是安装速度更快、耗电更大的超级计算机来解决日益复杂的科学算法,针对SETIhome 这样的项目,他们则使用数以千计的个人计算机来计算它们的数据。1,2 当前的分布式计算网络一般用CPU 或 GPU 来计算项目数据。FPGA 也正被像 COPACOBANA这样的项目所采用,该项目使用 120个赛灵思 FPGA 通过暴力处理来破解DES 加密文件。3 不过在这个案例中,FPGA 都被集中布置在一个地方,这种方案不太适合那些预算紧张的大学或企业。目前并未将 FPGA 当作分布式计算工具,这是因为它们的使用需要借助 PC,才能
2、用新的比特流不断地重新配置整个 FPGA。但是现在有了赛灵思部分重配置技术,为分布式计算网络设计基于 FPGA 的客户端完全可行。我们汉堡应用技术大学的研究小组为这样的客户端创建了一个原型,并将其实现在单个 FPGA 上。我们的设计由静态和动态两大部分组成。其中静态部分在 FPGA 启动时加载,与此同时用静态部分实现的处理器从网络服务器下载动态部分。动态部分属部分重配置区域,提供共享的 FPGA资源。4 采用这种配置,FPGA 可以位于世界上的任何地方,用较低的预算就能够为计算项目提供强大的计算能力。分布式 SOC 网络由于具有信号并行处理能力,FPGA能够使用比微处理器慢 8 倍的时钟,低
3、8 倍的功耗实现比其快三倍的数据吞吐量。5 为利用该强大的计算能力实现高数据输入速率,设计人员一般将算法实现为流水线,比如 DES 加密。3 我们开发分布式 SoC 网络 (DSN)原型的目的是加快算法的速度和使用分布式 FPGA 资源处理大型数据集。我们的网络设计采用客户端- 代理-服务器架构,故我们可以将所有注册的片上系统 (SoC) 客户端分配给每一个网络参与方的计算项目(如图 1所示)。这在将每一个 SoC 客户端连接到唯一的项目的客户端- 服务器架构中是无法实现的。另外,我们选择代理- 服务器架构可以将每个 FPGA 的 TCP/IP 连接数量减少到一个。DSN FPGA 负责运算使
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- 基于 FPGA 客户端的分布式计算网络设计 客户端 分布式 计算 网络 设计
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