چارچوب نرمافزاری برای ساخت کمک پردازنده مبتنی بر افپیجیای جهت ارتقاء سرعت در حل عددی

در سالهای اخیر، قابلیت افزایش سرعت حل معادلات دیفرانسیل پارهای با استفاده از سخت افزار افپیجیای مورد توجه جدی قرار گرفته است. با این وجود، پیچیدگیهای پیادهسازی و برنامهنویسی این معادلات بر روی این سخت افزار از فراگیر شدن آن در بین کاربران حوزه محاسبات عددی جلوگیری کرده است. در این تحقیق، چارچوبی نرمافزاری توسعه یافته است که امکان ساخت کمک پردازنده مبتنی بر سخت افزار افپیجیای برای حل ضمنی معادلات دیفرانسیل پارهای با حداقل پیچیدگی و زمان پیادهسازی را برای کاربر فراهم میسازد. با استفاده از این چارچوب، شبکه حل و روابط جبری معادلات توسط کاربر تعریف شده و بقیه موارد شامل تولید آی پی حلگر، ارتباط سیپییو و کمک پردازنده و لایههای حافظه و ارتباط بین قسمتهای مختلف در این چارچوب مدیریت میشود. این چارچوب شامل بخشهایی برای تعریف معماری کمک پردازنده با استفاده از نرمافزارهای اچالاس و ویوادو و ایجاد ارتباط با سیپییو شامل درایورهای سیستم عامل و توابع عملیاتی برای تنظیم شرایط اولیه و مرزی و دریافت نتایج از طریق درگاه پیسیآی اکسپرس میباشد. در این مقاله، پس از توسعه چارچوب نرمافزاری، نحوه ساخت یک کمک پردازنده برای حل معادله لاپلاس دو بعدی ارائه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، علاوه بر سهولت بکارگیری این چارچوب برای ساخت کمک پردازنده مبتنی بر افپیجیای، مقایسه سرعت محاسبات با این کمک پردازنده و سی پی یو نشان دهنده افزایش سرعت ۲۲ برابری حل معادله لاپلاس بوده، که در صورت طراحی این کمک پردازنده بر پایه عملیات ممیز ثابت، سرعت حل تا ۶۵ برابر قابل افزایش است.

کلیدواژه ها:

Software framework ، Coprocessor ، Partial differential equation ، FPGA ، چارچوب نرم افزاری ، کمک پردازنده ، معادلات دیفرانسیل پاره ای ، اف پی جی ای