[实用新型]一种基于FPGA的异构板卡

说明书

技术领域

本实用新型涉及FPGA异构领域，具体涉及一种基于FPGA的异构板卡。

背景技术

云化、大数据、深度学习以及人工智能是当前的热点技术，而这些热点技术均建立在高性能的异构计算和海量数据处理的基础上，目前CPU+GPU异构结构已得到了产业界和学术界的广泛关注，并得到了一定的应用，但GPU由于成本、功耗和计算延时等问题并不能适用于所有场景。

FPGA作为一种高性能和低功耗的可编程芯片，可根据客户定制做针对性的算法设计，成本低，能效好。此外，FPGA因其并行流水结构，在处理海量数据的时候，相比于CPU和GPU，计算效率更高，延时更低。因此，采用CPU+FPGA的异构计算系统成为了一种极具竞争力的方案。

现有技术中已有基于FPGA的异构平台，但是这些异构平台一般功能单一或有特定的应用场景，如专利号为CN203191978U的现有技术，提供了一种基于FPGA和ARM的嵌入式高性能异构计算平台，该平台包括信息输入系统，信息输入系统连接ARM模块和FPGA模块后再连接信息输出系统，VPSS(视频处理子系统)连接ARM模块和FPGA模块后再连接VPIF(视频接口)输出，ARM模块外接SD闪存和DDR3内存，FPGA模块外接两片DDR3内存，SD闪存可以作为数据输入端。该异构计算平台通过ARM+FPGA结构，外接DDR3内存，能极大的提高计算能力，但无法进行存储加速和网络加速，功能单一，此外，该计算平台将ARM与FPGA集成在同一板卡上，对于已有处理器或ARM不适宜的应用场景有局限性，限定了FPGA模块外接DDR3的数量，对于需要极大计算能力的应用场景会有局限性。

发明内容

本实用新型提供了一种可针对不同应用场景搭建异构系统，部署灵活，能满足存储、网络及计算等加速需求的多功能的基于FPGA的异构板卡，它包括FPGA、时钟模块、USB接口和JTAG接口，其特征在于，还包括DDR内存阵列、100G以太网接口、PCIE交换芯片和PCIE接口；其中，所述FPGA与DDR内存阵列、100G以太网接口、时钟模块、USB接口、JTAG接口和PCIE交换芯片连接，所述PCIE接口为两个或两个以上，与FPGA和PCIE交换芯片连接；所述DDR内存阵列包括焊接在异构板卡上的若干个DDR和预留在异构板卡上的若干个DDR焊盘。

为满足大型复杂程序对内存的需求，在基于FPGA的异构板卡上设置了DDR内存阵列， DDR内存阵列包括焊接在异构板卡上的若干个DDR和预留在异构板卡上的若干个DDR焊盘，当异构板卡上的DDR无法满足用户需求时，可在DDR焊盘上焊接新的DDR；为了满足高带宽的需求，设置100G以太网接口；时钟模块为所述FPGA板卡提供了一个时间基准；为了便于与其他设备连接、给异构板卡供电以及烧录FPGA算法程序，设置了USB接口；为了便于FPGA算法程序烧录和调试设置了JTAG口；为了提高数据传输速率，设置了PCIE接口；为了拓展外接设备数目，设置了PCIE交换芯片，PCIE接口数目为两个或两个以上，与PCIE交换芯片和FPGA连接，PCIE接口包括与FPGA连接部分和与PCIE交换芯片连接部分；FPGA作为板卡上的控制、处理和计算芯片，其与DDR内存阵列、100G以太网接口、时钟模块、USB接口、JTAG接口和PCIE交换芯片连接。

本实用新型一种基于FPGA的异构板卡的有益技术效果是：

通过设置PCIE交换芯片、100G以太网接口和DDR内存阵列，基于FPGA的异构板卡可以完成网络、存储及计算等多种场景下的异构计算和加速的需求，有效的解决了现有FPGA异构系统的运用场景单一的问题，可以满足云化、大数据、深度学习和数据中心等新技术场景的需求，具有可定制化、可重配、低成本、能效好和延时较低的特点。

附图说明

附图1为本实用新型一实施例提供的基于FPGA的异构板卡的结构框图；

附图2为本实用新型一实施例提供的设备与板卡组成异构系统的连接框图；

附图3为本实用新型一实施例提供的NVMe over Fabric场景下加速存储的连接框图；

附图4为本实用新型一实施例提供的应用为大数据处理时的连接框图；