[发明专利]一种基于Arria10的FPGA异构加速卡

说明书

技术领域

本发明属于异构计算领域，具体涉及一种基于Arria10的FPGA异构加速卡。

背景技术

异构计算可以用来提高提高系统的计算性能。DNN语音识别、在线识别、CNN图像识别、Bing 搜索、大数据处理等对数据中心处理性能要求越来越高，早期采用的异构计算架构是CPU+GPU，由于一般单GPU板卡功耗在250W以上。

2015年数据中心的电耗达1000亿度，年耗电量超过全社会用电量的1.5%。在美国，2013年数据中心领域总用电量就达到恐怖的910亿度。同时据调研，至2020年数据中心年度用电总量将达到1380亿度。互联网时代的腾讯、百度、阿里云、Google、Facebook、Microsoft等互联网公司，以大数据、大用户等信息为核心资源，数据中心内部设备复杂，散热量大，制冷要求高，保障性要求也高，其中空调系统所产生的功耗约占数据中心总功耗的40% 左右。

此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于Arria10的FPGA异构加速卡，是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述异构计算采用CPU+GPU方式能耗高的缺陷，提供一种基于Arria10的FPGA异构加速卡，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：

一种基于Arria10的FPGA异构加速板卡，包括FPGA芯片，与FPGA芯片连接的光口模块、内存通道模块、PCIE主机接口、配置模块、电源转换模块、时钟模块、LED指示模块、板上USB Blaster，与板上USB Blaster连接的Micro USB连接器；

电源转换模块还与光口模块、内存通道模块、PCIE主机接口连接，时钟模块还与板上USB Blaster通过JTAG调试接口连接。PCIE主机接口给电源转换模块提供电压输入，电源转换模块给光口模块、内存通道模块,FPGA芯片提供电压输入。

优选地，电源转换模块与PCIE主机接口的连接可以替换为电源转换模块与外接电源的连接。

优选地，光口模块包括至少两个光口，内存通道模块包括至少两个内存通道。

优选地，内存通道模块采用支持DDR4 SDRAM SODIMM型号内存条的内存通道；内存通道模块的内存通道支持64bit或者72bit的数据宽度；64bit的数据宽度不带自纠码ECC,72bit的数据宽度带自纠码ECC,内存通道模块支持存储容量大小可适配；

光口模块采用SFP小型可插拔封装的光口,光口模块的光口为支持GE、10GE和25GE的以太网络接口。

优选地，时钟模块包括与FPGA芯片连接的PLL芯片、第二单端晶振、第一差分晶振、第二差分晶振，与PLL芯片连接的第一单端晶振、CPLD芯片；CPLD芯片还与板上USB Blaster通过JTAG调试接口连接。

优选地，时钟模块的PLL芯片与CPLD芯片连接通过I2C接口；第一单端晶振与PLL芯片的连接为时钟信号，第二单端晶振与FPGA芯片的连接为时钟信号；第一差分晶振与FPGA芯片的连接和第二差分晶振与FPGA芯片的连接为一对差分时钟；PLL芯片与FPGA芯片的连接包括一对内存输入参考差分时钟和一对光口输入参考差分时钟。

优选地，电源转换模块包括与PCIE主机接口连接的第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元，与第二转换单元连接的第四转换单元、第五转换单元、第六转换单元、第七转换单元；

第一转换单元、第四转换单元、第五转换单元、第六转换单元还分别与FPGA芯片连接，第二转换单元还与光口模块连接，第三转换单元还与内存通道模块连接，第六转换单元还与内存通道模块连接，第七转换单元还与内存通道模块连接。

优选地，电源转换模块的第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元的输入电压为12V，第一转换单元的输出电压为0.95V，输出电流大于30A，第二转换单元的输出电压为3.3V，第三转换单元的输出电压为0.6V,第四转换单元、第五转换单元、第六转换单元、第七转换单元的输入电压为3.3V，第四转换单元的输出电压为1.03V，第五转换单元的输出电压为1.8V，第六转换单元的输出电压为1.2V，第七转换单元的输出电压为2.5V。

优选地，PCIE主机接口为支持PCIE3.0×8的金手指，PCIE主机接口与FPGA芯片的连接包括数据信号和时钟信号。