Статья

Название статьи МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ НА РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ КРУПНЫХ УЗЛОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ В ВИДЕ БИБЛИОТЕЧНЫХ VHDL-ЭЛЕМЕНТОВ
Автор Ю.И. Доронченко, А.Г. Коваленко
Рубрика РАЗДЕЛ I. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ
Месяц, год 11, 2016
Индекс УДК 004.315
DOI 10.18522/2311-3103-2016-11-413
Аннотация Рассматривается методика реализации крупных вычислительных узлов в виде библиотечных VHDL-элементов для реконфигурируемых вычислительных систем. Представ-лена библиотека схемотехнических элементов для программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) UltraScale фирмы Xilinx. Библиотека разработана в «Научно-исследовательском центре супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров», г. Таганрог. Все элементы реализованы на языке проектирования VHDL, что позволяет использовать их не только для указанного семейства ПЛИС, но и для ПЛИС различных производителей и семейств. Наибольшие возможности библиотека предоставляет программистам на языке высокого уровня COLAMO, поскольку применение того или иного элемента библиотеки происходит автоматически в зависимости от программного кода. Библиотека схемотехнических эле-ментов разбита на группы по функциональному назначению (коммутация, операции над числами в формате с плавающей точкой, операции над целыми числами, логические операции, хранение данных и т.д.), обрабатываемой разрядности (переменная разрядность, 32-х разрядные, 64-х разрядные, иные разрядности) и наличию триггеров на выходных шинах элементов и включает в себя 20 групп. Всего библиотека содержит VHDL-описание более 300 схемотехнических элементов. Тактовая частота работы элементов варьируется от 450 до 550 МГц на ПЛИС семейства UltraScale. Текущая структура представления схемотехнических элементов адаптирована для их удобного использования в среде разработки на языке COLAMO. VHDL-описание библиотечных элементов содержит в себе специальную структуру комментариев, предназначенных для синтезатора Fire!Constructor, входящего в программный комплекс разработки прикладных программ. Описана методика, которая позволяет создавать библиотеку крупных узлов вычислительных задач для РВС. Разработанная библиотека схемотехнических элементов может быть полезна как опытным разработчикам для сокращения времени подготовки проектов, так и начинающим схемотехникам и программистам для достижения достаточно высоких характеристик производительности своих решений без многократных оптимизаций кода и углубленного изучения архитектуры ПЛИС. Она может корректироваться, улучшаться и дополняться пользователем исходя из предметной области решаемых задач. Предлагаемая методика реализации крупных вычислительных узлов в виде библиотечных VHDL-элементов позволяет сократить время реализации вычислительно трудоемких задач на РВС до 30 %.

Скачать в PDF

Ключевые слова Реконфигурируемая вычислительная система; программирование ПЛИС; язык VHDL; COLAMO; библиотека схемотехнических элементов.
Библиографический список 1. Левин И.И., Дордопуло А.И., Каляев И.А., Доронченко Ю.И., Раскладкин М.К. Современные и перспективные высокопроизводительные вычислительные системы с реконфигурируемой архитектурой // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. – 2015. – Т. 4, № 3. – С. 24-39.
2. http://www.xilinx.com/products/design-tools/vivado.html (дата обращения: 14.10.2016).
3. http://www.xilinx.com (дата обращения: 14.10.2016).
4. Бибило П.Н. Основы языка VHDL. – М.: СОЛОН-Р, 2002. – 224 с.
5. Языки высокого уровня ImpulseC, Mitrion-C и Handle-C. – Режим доступа: https://parallel.ru/ fpga/lang.html (дата обращения: 14.10.2016).
6. http://www.superevm.ru (дата обращения: 14.10.2016).
7. https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/kintex-ultrascale.html (дата обращения: 14.10.2016).
8. https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/virtex-ultrascale.html (дата обращения: 14.10.2016).
9. Каляев И.А., Левин И.И., Семерников Е.А., Шмойлов В.И. Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры. – 2-е изд., перераб. и доп. / под общ. ред.
И.А. Каляева. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009. – 344 с.
10. http://www.mvs.sfedu.ru (дата обращения: 14.10.2016).
11. 754-2008 - IEEE Standard for Floating-Point Arithmetic. – Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/4610935/ (дата обращения: 14.10.2016).
12. Дордопуло А.И. Гудков В.А., Гуленок. А.А. Программирование многокристальных реконфигурируемых вычислительных систем на языках высокого уровня Mitrion-C и COLAMO // Материалы VI международной научно-практической конференции «Акаде-мическая наука – проблемы и достижения» 25-26 мая 2015 г. – North Charleston, SC, USA,2015. – Т. 1. – С. 122-127.
13. Gudkov V.A., Gulenok A.A., Kovalenko V.B., Slasten L.M. Multi-level Programming of FPGA-based Computer Systems with Reconfigurable Macroobject Architecture // IFAC Proceedings Volumes (ISSN 14746670), Programmable Devices and Embedded Systems. – 2013.
– Vol. 12, part 1. – P. 204-209.
14. Левин И.И., Дордопуло А.И., Гуленок А.А. Синтез параллельных прикладных программ для многокристальных реконфигурируемых вычислителей. Синтезатор Fire!Constructor: учеб. пособие. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2013. – 96 с.
15. Бовкун А.В., Левин И.И., Дордопуло А.И., Гуленок А.А. Средства трансляции параллель-ных программ на уровень логических ячеек ПЛИС для многокристальных реконфигу-рируемых вычислительных систем // Труды Первого Международного симпозиума «Гибридные и синергетические интеллектуальные системы: теория и практика», 29 июня-2 июля 2012 г., г. Светлогорск Калининградская область. – Калининград: Изд-во БФУ им. Канта, 2012. – С. 97-107.
16. Левин И.И., Дордопуло А.И., Гудков В.А. Программирование реконфигурируемых вы-числительных узлов на языке COLAMO: учеб. пособие. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – 114 с.
17. Гузик В.Ф., Каляев И.А., Левин И.И. Реконфигурируемые вычислительные системы: учеб. пособие / под общ. ред. И.А. Каляева. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2016. – 472 с.
18. Перельройзен Е.З. Проектируем на VHDL. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 448 с.
19. Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2007. – 408 с.
20. Сергиенко А.М. VHDL для проектирования вычислительных устройств – К.: ЧП «Корнейчук», ООО «ТИД «ДС», 2003. – 208 с.

Comments are closed.