高性能加速計算解決方案

1、版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司高性能加速計算解決方案版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司技術(shù)概括 FPGA浮點應用 FPGA在浮點運算中的優(yōu)勢高性能計算板介紹案例介紹 矩陣求逆實測指標 4K超采樣實時浮點FFT介紹主要內(nèi)容3第五代軍事領(lǐng)域中FPGA浮點應用 Air, Land, Sea, Space, CyberEO/IRSARAutonomous NavigationTarget RecognitionMission ComputerEOTSCockpit DisplayAESAEW-RWR, JammerRemote SensingOn-board data

2、analyticsWaveform processingSTAP, GMTILong range search radarClose range defenseSense & AvoidAutonomous NavigationData AnalyticsMassive matrixprocessingBLASSignal ProcessorData ProcessorCFARTarget DetectionRemote Controlled Gun TurretAnti-IED Jammer beam formingAnti-Sniper signal processingAnti-Air

3、DefenseSignal ProcessorData ProcessorBeamformingTarget DetectionEW JammerCFARMissile GuidanceKalman Filtering版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司4商業(yè)中FPGA浮點應用 Compute & StorageOil & Gas Seismic CalculationsData CentersSearchAnalyticsSecurityFacial RecognitionArtificial IntelligenceFinance MarketRisk AnalysisBest

4、 price algorithmsReal Time Heading valuationResearchBioinformaticsQuantum ChemistryLife SciencesManufacturingMold and FlowFluid DynamicsStructural Mechanics版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司5Single precision(32 bits, float in C)1823Sign0 = positive1 = negativeexponent:Includesbias of 127Mantissamagnitude with

5、 hiddenone bit: 1.MActual exponent ise = E - 127SEMMagnitude of numbers that can be represented is in the range:which in decimal is approximately:Reserved cases:E = 0, E = 255Mantissa range: 1.0 (M = all zeros) to 2 223 (M = all ones) X = (-1)S 2E-127 (1.M) 0 E 2551.2 x 10-38 to 3.4 x 10382-126 (1.0

6、) to 2127 (2 2-23)IEEE-754 單精度浮點標準版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司現(xiàn)代陣列雷達系統(tǒng)采用了具有數(shù)字 信號處理功能的各種模式，包括，搜索、識別、跟蹤、鎖 定和監(jiān)控等模式。大部分這 些雷達系統(tǒng)，無論是機械操作還是電動工作，現(xiàn)在都通過數(shù)字方式處理信號，支持使用軟件驅(qū)動波形的多種模式，從而提高了系統(tǒng)靈活性。雷達系統(tǒng)技術(shù)版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司關(guān)鍵技術(shù)聚束濾波實現(xiàn)技術(shù)：浮點多相FIR，浮點FFT空時自適應處理實現(xiàn)技術(shù)：浮點矩陣分解求逆（QRD_INV）其他：恒定虛警率(CFAR) 處理

7、脈沖壓縮版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實現(xiàn)技術(shù)HPC（high performance compution）密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應用,FPGA的運 算速度快并且可以并行運算和其它矩陣運算(如DSP處理器）的實現(xiàn)方式 相比，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。浮點運算浮點矩陣相對于定點矩陣有更寬的動態(tài)范圍，更高的精度（沒有截位誤差）。目前的FPGA和設(shè)計工具已經(jīng)可以較好的支持單，雙精度的矩陣運算。同時，下一代altera FPGA會支持單精度硬浮點處理，將極大提升浮點矩陣處理的能力。版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實現(xiàn)技術(shù)數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù)在

8、現(xiàn)代雷達和通信系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。它利用數(shù)字信號處理的方法形成多個獨 立的波束。每個波束的主瓣對準期望方向，零陷對準干擾源方向。浮點矩陣求逆是DBF的一個核心算法。目前國內(nèi)客戶通常采用dsp處理器（TS201或TI6678），但性能難以滿足要求。版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司Device Altera Stratix V 5SGSD8Texas Instruments TMS320C6678Resources695 kLEs50 Mbits block mem 3926 multipliers48 TRX (14 GSPS)8 cores, fixed and SP fl

9、oating point 1.25 GHzPeak GMACs(16x16 or 18x18)2350(3926 multipliers 600 Mhz)320(40 GMACs per core) Peak GFLOPs(single precision)1000(see 1 TeraFlop whitepaper)160(20 GLOPs per core)1024 length floating point FFT performance(single precision)3.41 us(1024 clock cycles 300 MHz) 10.26 us(12800 clock cy

10、cles 1.25 GHz)Aggregate 1024 length FFT transform time0.17 us(20 FFTs per device)1.28 us(8 FFTs per device, 1 per core)FPGA verses DSP Processors版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司FPGA verses DSP ProcessorsFPGA與DSP對比結(jié)果計算速度高，可以使雷達更快速的進行捕獲和單位時間可以發(fā)現(xiàn)更多的目標；一片F(xiàn)PGA可以代替多片DSP芯片； 系統(tǒng)成本和復雜度大大降低；功耗極大的縮小，體積變小。版權(quán)所有 2014 西安中唐

11、測控技術(shù)有限責任公司高性能計算板卡版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司高性能計算板卡版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司高性能計算板卡硬件主要特性：FPGA板卡級別： 普通級，型號：ZT-D5-KIT 中間級，型號：ZT-D6-KIT豪華級，型號：ZT-D8-KIT內(nèi)置多達1963個精度可調(diào)DSP模塊資源內(nèi)置多達1,049,600個寄存器內(nèi)置多達262,400個ALM版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司高性能計算板卡硬件主要特性：存儲 標準DDR3 SO-DIMM SDRAM 1.用于大容量數(shù)據(jù)緩存 2.兩條SO-DIMM ，每條最大容量支持8GB； 3.總

12、容量最大支持16GB； 4.最大工作頻率支持1066MHz 5.位寬每條均為64bit QDRII + SRAM 1.用于快速、低延時數(shù)據(jù)緩存 2.總?cè)萘繛?6Mbit； 3.最大工作頻率支持533MHz 4.位寬18bit；版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司高性能計算板卡硬件主要特性：接口(一) SFP+光纖接口 1.4路標準SFP+光纖通道 2.支持10G標準萬兆以太網(wǎng) 3.支持1.25G12.5G自定義通訊 PCI-Express 1.PCI-Express X8 Edge 2.支持Gen1和Gen2標準協(xié)議 3.支持2.5G和5.0G自定義通訊版權(quán)所有 2014 西安中唐

13、測控技術(shù)有限責任公司高性能計算板卡硬件主要特性：接口(二) FMC擴展接口 1.標準FMC擴展通道 2.可連接標準FMC子卡如：AD、DA等 SATA接口 1.SATA HOST接口 2.STAT DEVICE接口 3.支持STAT I、STAT II版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司高性能計算板卡硬件主要特性：接口(三) Rapid IO接口 1.高速串行收發(fā)接口 2.可支持1.25G10.625G速率 1Gbps 以太網(wǎng)RJ45接口 1.標準1Gbps以太網(wǎng) 2.支持TCP/IP、UDP等標準協(xié)議 3.支持自定義通訊協(xié)議版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試

14、介紹測試方法總體框圖版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹測試實物圖示版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹12維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹12維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹12維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法12 X 12 維復數(shù)矩陣;全流水線結(jié)構(gòu)處理; 單精度浮點數(shù)運算;運行頻率矩陣設(shè)備時延矩陣數(shù)據(jù)間隔156MHz20.36us9.59us200MHz15.91us7.49us版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹24

15、維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹24維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹24維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法24 X 24 維復數(shù)矩陣;全流水線結(jié)構(gòu)處理; 單精度浮點數(shù)運算;運行頻率矩陣設(shè)備時延矩陣數(shù)據(jù)間隔156MHz53.46us23.18us200MHz41.77us18.11us版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹72維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹72維復數(shù)浮點矩陣求逆矩陣算法72 X 72 維復數(shù)矩陣;全流水線結(jié)構(gòu)處理; 單精度浮點數(shù)運算;運行頻率矩陣設(shè)備時延矩陣數(shù)據(jù)間隔156MHz319.88us119.65us200MHz249.91us93.48us版權(quán)所有 2014 西安中唐測控技術(shù)有限責任公司實際測試介紹對比DSP-TS201BW100本板卡12維矩陣150us-16us24維矩陣-165us42us72維矩陣-249us