[发明专利]一种基于FPGA的分布式计算的实现方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的分布式计算的实现系统，包括多个终端、一个传输网络、一个FPGA计算池和一个服务器，终端上安装有浏览器或客户端程序，完成功能包括：通过浏览器或客户端接受终端提出的计算任务请求、通过传输网络向服务器提交计算任务请求、通过传输网络获得服务器返回的计算任务结果、将计算结果通过浏览器或客户端返回给用户；传输网络在终端与服务器之间建立网络连接，将传输终端发出的计算任务请求传递给服务器，以及将服务器返回的计算任务结果传递给终端；服务器通过网络连接FPGA计算池；FPGA计算池由多个FPGA计算机柜组成，每个机柜之间通过光纤进行连接。

技术领域

本发明涉及分布式计算领域，具体是一种基于FPGA的分布式计算的实现方法及系统。

背景技术

分布式计算(Distributed computing)是一种把需要进行大量计算的工程数据分割成小块，由多台计算机分别计算，在上传运算结果后，将结果统一合并得出数据结论的科学。一些计算量庞大的项目，如生物医药方面的基因分析，蛋白结构分析等，由一台电脑计算是不可能完成的，一般方法是采用超级计算机或者通过互联网互联的成千上万的闲置计算机，采用分布式计算方法将计算任务分割到各个较小的计算单元内，然后再将计算结果统一合并得到最终的结果。

FPGA(Field Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，是指一切通过软件手段更改、配置器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路，被称之为可编程的“万能芯片”；FPGA不仅具有运行速率高、软件可编程等优点，而且因其具有并行计算的特点，一次可执行多条运行指令，从而比传统的CPU、DSP等串行计算处理器效率更高。

随着日益增加的庞大计算量需求和FPGA芯片技术的大力发展，利用FPGA作为计算加速器，辅助CPU、GPU等芯片完成庞大的计算任务已经成为计算加速的首选，本发明提出了一种基于FPGA构建的具有开放式特点的分布式系统及其实现方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的分布式计算的实现方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于FPGA的分布式计算的实现系统，包括多个终端、一个传输网络、一个FPGA计算池和一个服务器，终端上安装有浏览器或客户端程序，完成功能包括：通过浏览器或客户端接受终端提出的计算任务请求、通过传输网络向服务器提交计算任务请求、通过传输网络获得服务器返回的计算任务结果、将计算结果通过浏览器或客户端返回给用户；传输网络在终端与服务器之间建立网络连接，将传输终端发出的计算任务请求传递给服务器，以及将服务器返回的计算任务结果传递给终端；服务器通过网络连接FPGA计算池；FPGA计算池由多个FPGA计算机柜组成，每个机柜之间通过光纤进行连接。

作为本发明进一步的方案：每个FPGA计算机柜包括若干完全相同的FPGA计算板卡，每块板卡的作用是执行服务器传递过来的一个计算子任务；每块计算板卡均固定在背板的总线插槽上，背板的主要作用是为所在计算机柜内所有计算板卡提供数据交换功能，使得在本地机柜内的任意两块计算板卡能够直接进行数据交换。

作为本发明进一步的方案：每个FPGA计算板卡由一块交换芯片、一块通用处理器和若干完全相同的FPGA芯片组成；处理器和每块FPGA芯片的输入输出管脚都与交换芯片连接，从而同一板卡上任意两块FPGA芯片之间的数据交换均通过交换芯片完成。

作为本发明进一步的方案：服务器包括交互模块、任务管理模块、资源监控模块、资源管理模块和显示模块，交互模块与任务管理模块、资源管理模块和资源管理模块连接，其中资源管理模块用于与FPGA计算池连接；所述任务管理模块、资源管理模块和资源管理模块均连接显示模块。

一种基于FPGA的分布式计算的实现方法，具体步骤如下：