一种面向可伸缩多晶粒片上网络FPGA架构的布局方法及应用技术

本发明专利技术的一个技术方案是提供了一种面向可伸缩多晶粒片上网络FPGA架构的布局方法。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种前述的面向可伸缩多晶粒片上网络FPGA架构的布局方法的应用。本发明专利技术公开了一个基于片上网络的可伸缩多晶粒FPGA架构与相应的层次化递归布局算法，旨在直接将由现有高层次综合生成的寄存器传输级数据流设计直接映射到所提出的互联架构上。本发明专利技术公开的方法能够发掘出层次化拓扑的潜力并更有效地利用专用互联资源，例如跨晶粒线网、片上网络与高速收发器。片上网络与高速收发器。片上网络与高速收发器。

【技术实现步骤摘要】
一种面向可伸缩多晶粒片上网络FPGA架构的布局方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种面向可伸缩多晶粒片上网络FPGA架构的布局方法及其应用。

技术介绍

[0002]以卷积网络加速器【1】与深度学习加速器【2】为代表的新兴应用需要更大的多晶粒FPGA。然而，此前现有的架构和相关的EDA工具的可伸缩性不足以匹配FPGA晶粒数量的增长。近年来许多工作探索了互联架构上的创新。比如，【3】和【4】展示了使用片上网络来提高系统性能的方法。
[0003]这些架构上的创新对EDA工具提出了新的要求。为了应对这些挑战，【5】提出了一种面向具备HBM的FPGA的高性能定制互联架构以及一项新颖的基于高层次综合的优化技术来提高AXI片上网络组件的性能。然而这些方法只考虑了传统基于衬底的网格拓扑的FPGA且无法将设计映射到更复杂的晶粒拓扑上。【6】在观察现代基于衬底的多晶粒FPGA架构上的传统互联架构后，将设计中的子模块分散到多个晶粒上来提高系统的整体性能。然而这种方法只关注传统互联资源而忽略了以片上网络为代表的专用互联资源。现有的这些系统只能处理传统的基于衬底的架构，其适应对象未包括具有可伸缩性的多晶粒FPGA架构。
[0004]参考文献：
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Autobridge：Coupling coarse
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grained floorplanning andpipelining for high
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frequency hls design on multi
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die fpgas，”in The2021ACM/SIGDA International Symposium on Field
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ProgrammableGate Arrays，ser.FPGA
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21.New Yoork，NＹ，，USA：Association forComputing Machinery，2021，p.81
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92.

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题是：现有多晶粒FPGA及其配套的EDA工具的可伸缩性无法满足电路设计的规模增长，如最先进的商用FPGA Xilinx U250上最先进的EDA工具对于卷积神经网络只能在316MHz下完成13
×
16规模的布局。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术的一个技术方案是提供了一种面向可伸缩多晶粒片上网络FPGA架构的布局方法，其特征在于，当结构参数为()时，FPGA架构为单一晶粒；当结构参数为(m)时，m为正整数，FPGA架构为m个单一晶粒经由NoC连接到一个NoC路由器，该NoC路由器称为FPGA架构的中心路由器；当结构参数为(m1，m2)时，m1、m2为正整数，FPGA架构为m2个(m1)结构的中心路由器经由NoC连接到一个NoC路由器，该NoC路由器称为FPGA架构的中心路由器；当结构参数为(m1，......，m
n
)时，m1，......，m
n
为正整数，FPGA架构为m
n
个(m1，......，m
n
‑1)结构的中心路由器经由NoC连接到一个NoC路由器，该NoC路由器称为该FPGA架构的中心路由器，且(m1，......，m
n
‑1)结构称为次一级子结构；
[0013]对FPGA架构进行布局包括整数线性规划问题以及基于整数线性规划问题的层次化递归布局算法，其中：
[0014]整数线性规划问题包括以下步骤：
[0015]步骤1、将FPGA架构模型记为图GFPGA，步骤1、将FPGA架构模型记为图GFPG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向可伸缩多晶粒片上网络FPGA架构的布局方法，其特征在于，当结构参数为()时，FPGA架构为单一晶粒；当结构参数为(m)时，m为正整数，FPGA架构为m个单一晶粒经由NoC连接到一个NoC路由器，该NoC路由器称为FPGA架构的中心路由器；当结构参数为(m1，m2)时，m1、m2为正整数，FPGA架构为m2个(m
i
)结构的中心路由器经由NoC连接到一个NoC路由器，该NoC路由器称为FPGA架构的中心路由器；当结构参数为(m1，......，m
n
)时，m1，......，m
n
为正整数，FPGA架构为m
n
个的中心路由器经由NoC连接到一个NoC路由器，该NoC路由器称为该FPGA架构的中心路由器，且(m1，......，m
n
‑1)结构称为次一级子结构；对FPGA架构进行布局包括整数线性规划问题以及基于整数线性规划问题的层次化递归布局算法，其中：整数线性规划问题包括以下步骤：步骤1、将FPGA架构模型记为图G
FPGA
，，为架构拓扑、为各层NoC链路带宽、为各晶粒资源容量。将数据流设计记为图G
design
，G
design
＝(V，E，a(V)，S(E)，D(E)，w(E))，V为数据流模块、E为数据流队列、a(V)为数据流模块面积、S(E)为数据流队列起点、D(E)为数据流队列终点、w(E)为数据流队列位宽；步骤2、记为目标布局，表示晶粒全体的集合，由顶点主导的目标函数下式所示：式中，w(e)表示数据流队列位宽、d
m
()表示距离度量、S(e)表示数据流队列的源模块、表示数据流队列的源模块对应的晶粒、D(e)表示数据流队列的漏模块、表示数据流队列的漏模块对应的晶粒；步骤3、利用独热码编码线性化顶点空间，相应有的线性化线性变换Φ，从而有线性化目标函数如下式所示，作为整数线性规划问题的目标函数：式中，w
T
e表示数据流队列位宽的线性形式、Se表示队列源模块的线性形式、ΦSe表示队列源模块对应晶粒的线性形式、De表示队列漏模块的线性形式、ΦDe表示队列漏模块对应晶粒的线性形式；步骤4、每个数据流模块被布局于恰好1个晶粒，形式化为如下式所示的约束：式中，x表示目标晶粒、v表示待布局数据流模块、Φ
xv
表示若数据流模块x被分配到晶粒v则为1否则为0的布局决策变量；步骤5、同一晶粒上数据流模块的总资源不得超过晶粒总资源；形式化为如下式所示的约束：式中，a(...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗剑文，哈亚军，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：