[发明专利]一种基于DSP和FPGA多协处理卡的桌面超算硬件平台

摘要

本发明提出一种基于DSP和FPGA多协处理卡的桌面超算硬件平台，该硬件平台由计算机机箱搭载多个协处理卡构成，协处理卡上包含多DSP处理器和多FPGA芯片，协处理卡通过计算机主板的PCIE总线插槽进行扩展，构建一个高可用、低功耗、小体积的桌面超级计算机硬件平台。本发明采用CPU和DSP‑FPGA协同计算加速架构，协处理卡上可以根据任务需求对DSP和FPGA芯片的数量进行定制，使得单卡至少可以提供1万亿次每秒的计算性能。机箱最大支持8个协处理卡同时扩展，超过此限度之后协处理卡还能够通过FMC子板进一步扩展，整机所提供的计算能力能够达到数十万亿次每秒；另外协处理卡采用标准PCIE接口和FMC接口，计算架构采用开放度高的DSP和FPGA，同时采用通用型CPU，用户可以根据任务需求自行开发应用程序。

主权项

1.一种基于DSP和FPGA多协处理卡的桌面超算硬件平台，其特征在于：包括计算机机箱和若干个协处理卡；所述协处理卡包括复杂算法运算模块、算法加速计算模块、PCIE SWITCH接口模块、数据交换接口模块、FMC接口模块和电源监控模块；所述计算机机箱包括通用CPU处理器、硬盘、内存和PCIE总线插槽；所述通用CPU处理器用于系统配置管理、任务调度、数据分发、数据流控制和各协处理卡的参数控制；所述通用CPU处理器将各种配置参数和待计算数据通过PCIE总线传输给协处理卡，并接收协处理卡的计算结果；所述PCIE总线插槽用于扩展协处理卡；所述复杂算法运算模块由多片多核DSP处理器组成，执行计算任务中包括循环、递归、比较在内的复杂逻辑结构运算；所述复杂算法运算模块接收来自CPU或算法加速计算模块的数据，其计算结果根据下一步计算任务的需要通过数据交换接口模块传输给FPGA或通过PCIE SWITCH接口模块传输给CPU；所述复杂算法运算模块能够根据任务需求在板卡尺寸和功耗所允许的范围内对DSP处理器的数量进行定制，实现计算能力的扩展或反向剪裁；所述算法加速计算模块由多片高性能FPGA芯片组成，实现对大数据量、高吞吐率数据块的加速计算；所述算法加速计算模块接收来自FMC接口模块或CPU或复杂算法运算模块的数据，其计算结果根据下一步计算任务的需要通过数据交换接口模块传输给DSP或通过PCIE SWITCH接口模块传输给CPU；所述算法加速计算模块能够根据任务需求在板卡尺寸和功耗所允许的范围内对FPGA芯片的数量进行定制，以实现计算能力的扩展或反向剪裁；所述PCIE SWITCH接口模块实现CPU对协处理卡的参数配置，并与协处理卡进行高速数据传输，保证数据传输和处理的实时性；所述数据交换接口模块实现协处理卡内包括DSP芯片和FPGA芯片在内任意两个芯片之间的数据传输，使具有不同特点的计算任务能够分发到相应的计算模块；所述FMC接口模块采用标准FMC数字接口，协处理卡通过FMC接口模块能够搭载各种FMC子板作为功能板使用；所述电源监控模块能够同时监测多路电源电压，出现故障时，故障标志和通道电压可以自动存储，以便回读故障信息。