面向国产CPU的可重构计算系统设计及性能探究.pdf

面向国产CPU的可重构计算系统设计及性能探究是当前计算机工程领域的重要研究方向。随着信息技术的飞速发展，计算需求的急剧增长，传统的CPU在处理高性能计算任务时面临诸多挑战，如工艺限制、高功耗等问题。为了应对这些挑战，业界普遍采用异构计算策略，即结合CPU和协处理器（如GPU或FPGA）来提升计算性能。 GPU因其强大的并行计算能力，已经在图像处理、人工智能、数据安全等多个领域得到广泛应用。然而，GPU的高功耗限制了其在某些特定环境中的使用，比如空间受限或散热条件差的场景。相比之下，FPGA（现场可编程门阵列）提供了更好的性能功耗比，且支持在线可重构，允许开发者用高级语言进行编程，降低了开发难度，缩短了开发周期，这使得FPGA在计算加速领域的应用日益广泛。 OpenCL作为由Khronos Group维护的异构平台编程框架标准，为FPGA的高效开发提供了便利，使得开发者能够充分利用FPGA的并行计算潜力。该框架允许在CPU和FPGA之间进行灵活的任务调度和逻辑判断，以实现最佳的计算效率。 文章中提到的设计了一个基于国产CPU的可重构计算系统，该系统由CPU主机单元和FPGA可重构加速单元组成。CPU主要负责逻辑判断和任务调度，而FPGA则承担计算任务的加速工作。为了缩短FPGA的开发周期，研究采用了OpenCL框架。通过AES加密算法的不同长度明文测试，系统相比于单个FT-1500A CPU核心实现了超过120倍的加速，证明了该可重构计算系统的性能优势。 关键词包括：可重构计算系统、国产CPU，这表明研究专注于提升国产处理器的计算性能，通过FPGA的可重构性优化计算任务的执行效率，从而为国内计算机平台带来显著的性能提升。这项工作对于推动我国在高性能计算和自主可控计算系统方面的研究和发展具有重要意义。