[发明专利]一种计算与存储融合的异构计算硬件加速系统及方法

权利要求书

1.一种计算与存储融合的异构计算硬件加速系统，其特征在于,包括：

冯·诺依曼体系结构的计算子系统,现场可编程门阵列FPGA芯片,活跃存储子系统,外部存储系统；其中，计算与存储融合；

所述FPGA芯片与所述存储子系统通过高速互联接口通信，构成异构硬件加速单元；

所述冯·诺依曼计算子系统与所述FPGA芯片，通过高速互联设施进行通信；所述的FPGA芯片与所述的外部存储系统，通过以太网协议进行通信；

所述的FPGA芯片，通过A/D转换接口或JESD204B协议接口与外部数据采集系统通信，完成数据的采集或回放；

所述的活跃存储子系统，用于存储当前或即将发生的计算任务中需要用到的数据；

所述的外部存储系统，用于存储长期归档的数据；

所述计算与存储融合，指采集的数据在存入活跃存储子系统之前，完成了特定的计算，或者从活跃存储子系统读取后，由FPGA完成特定的计算；其中，特定的计算包括重复性计算、具有流水线并行特征的计算,具有I/O通信带宽敏感型的计算，计算密集但逻辑简单的计算。

2.根据权利要求1所述的一种计算与存储融合的异构计算硬件加速系统，其特征在于：所述的通过高速互联设施进行通信，其中互联设施或为PCIe，或为串行RapidIO。

3.根据权利要求1所述的一种计算与存储融合的异构计算硬件加速系统，其特征在于：所述的活跃存储子系统为非易失性存储介质。

4.根据权利要求3所述的一种计算与存储融合的异构计算硬件加速系统，其特征在于：所述非易失性存储介质或为NAND flash，或为相变存储PCM，或为阻变存储器ReRAM。

5.根据权利要1-4任一项所述的一种计算与存储融合的异构计算硬件加速系统，其特征在于：所述冯·诺依曼计算子系统与所述FPGA芯片互联，或为单路结构，或为多路并行的结构。

6.一种计算与存储融合的异构计算硬件加速方法，其特征在于,包括：

冯·诺依曼计算子系统与FPGA异构硬件加速单元分别执行不同的计算任务；

将计算任务分为两类，第一类计算任务包括重复性计算、具有深度流水线特征的计算,具有I/O通信带宽敏感型的计算，计算密集但逻辑简单的计算；除第一类计算任务之外的计算任务划归为第二类计算任务；

将第一类计算任务交由FPGA异构硬件加速单元处理，实现硬件加速；第二类计算任务交由冯·诺依曼计算子系统处理；

处理的数据存储在活跃存储子系统中，外部存储系统存储长期归档数据或者网络上的数据。

7.根据权利要求6所述的一种计算与存储融合的异构计算硬件加速方法，其特征在于,包括：

所述重复性计算、具有深度流水线特征的计算，或为对称加密，或为压缩，或为快速傅立叶变换，或为有限冲激响应滤波器；

所述I/O带宽敏感型的计算，或为机器视觉，或为机器学习，或为深度学习算法；

所述计算密集但逻辑简单的计算，指计算过程涉及大量的数据搬移、但是逻辑简单的计算，或为数据结构中的外排序算法，或为线性代数中的取交集、合并、补集的操作，或为数字中频涉及的梳妆滤波器、半带滤波器以及数字压控振荡器、混频计算。

8.根据权利要求6所述的一种计算与存储融合的异构计算硬件加速方法，其特征在于,包括：

所述第二类计算任务，或为具有低重复性特征的计算，或为不具备流水线特征的计算。