[发明专利]实现片上网络传输带宽扩充功能的FPGA装置

说明书

本申请公开了一种实现片上网络传输带宽扩充功能的FPGA装置，涉及FPGA技术领域，当FPGA裸片内部集成内建有硬核IP节点的预定功能模块时，利用FPGA裸片内部的逻辑资源模块配置形成软核IP节点与硬核IP节点相连形成NOC网络结构，实现节点的增加，可以扩充预定功能模块的传输带宽，另一方面，软核IP节点可以额外连接到预定功能模块中的输入输出信号，也可以扩充预定功能模块的传输带宽。进一步，该FPGA装置还包括内部布设有硅连接层NOC网络的硅连接层，使得FPGA裸片内部的节点可以连接到硅连接层构成更大的NOC结构，进一步实现节点的增加并扩充预定功能模块的传输带宽。

技术领域

本发明涉及FPGA技术领域，尤其是一种实现片上网络传输带宽扩充功能的FPGA装置。

背景技术

随着集成电路制造工艺水平的不断提高和数据量的急剧增加，近几年人工智能取得快速发展，尤其是2016年3月阿尔法围棋与围棋世界冠军、职业九段棋手李世石进行围棋人机大战，以4比1的总比分获胜，更是将人工智能推向前所未有的高度。人能智能取得快速发展离不开大数据、高性能计算和机器学习算法效率的提升。在机器学习算法仍在不断迭代优化的阶段，FPGA由于其可编程性和强大的矢量运算能力，在人工智能领域具备得天独厚的优势，FPGA领域也在为提高人工智能效率优化FPGA架构、增加专用的人工智能引擎，所以现在会有一些做法在FPGA裸片内部设计并集成专用的AI模块，但AI模块集成在FPGA裸片内部之后受到较大的芯片结构限制，传输带宽和运算效率较为受限，很难达预期的工作效果。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种实现片上网络传输带宽扩充功能的FPGA装置，该FPGA装置包括FPGA裸片，FPGA裸片内包括若干个逻辑资源模块，FPGA裸片内部还集成有预定功能模块，预定功能模块内建有N个硬核IP节点，相邻的硬核IP节点通过路由通道相连，预定功能模块中的输入输出信号连接到硬核IP节点；FPGA裸片内部还通过内部的逻辑资源模块配置形成M个软核IP节点；FPGA裸片内部的节点之间通过路由通道相连形成NOC网络结构，节点包括N个硬核节点和M个软核节点，每个节点分别包括功能IP、网络接口和路由器，功能IP通过网络接口连接路由器，每相邻两个节点中的路由器之间通过路由通道相连；预定功能模块通过内建的N个硬核IP节点与扩充形成的M个软核IP节点与外部信号进行互连通信。

其进一步的技术方案为，预定功能模块中部分输入输出信号连接到内建的硬核IP节点，则FPGA裸片内部配置形成的M个软核IP节点还与预定功能模块中未连接到硬核IP节点的输入输出信号相连。

其进一步的技术方案为，FPGA裸片内部除预定功能模块的输入输出信号连接到M个软核IP节点与FPGA裸片外部结构互连通信。

其进一步的技术方案为，每个软核IP节点由FPGA裸片内部的单个逻辑资源模块配置形成，或者，由若干个逻辑资源模块共同配置形成。

其进一步的技术方案为，FPGA裸片内部用于配置形成软核IP节点的逻辑资源模块包括CLB、BRAM和DSP中的至少一种。

其进一步的技术方案为，FPGA裸片内部集成的预定功能模块为AI模块。

FPGA装置还包括基板以及层叠设置在基板上的硅连接层，FPGA裸片层叠设置在硅连接层上；硅连接层内布设有硅连接层NOC网络，硅连接层NOC网络包括若干个通过路由通道相连的硅连接层路由节点，每个硅连接层路由节点包括功能IP、网络接口和路由器，功能IP通过网络接口连接路由器；

则FPGA裸片内还包括硅堆叠连接模块和连接点引出端，硅堆叠连接模块内包括若干个硅堆叠连接点，FPGA裸片内的节点连接到相应的硅堆叠连接点，硅堆叠连接点通过重布线层内的顶层金属线连接相应的连接点引出端；