[发明专利]一种基于OpenVPX平台的多GPU高性能处理系统

说明书

本发明公开了一种基于OpenVPX平台的多GPU高性能处理系统，该系统包括两个双图形处理器GPU处理板、一个中央处理器CPU处理板和一个6槽VPX背板。双图形处理器GPU处理板上具有两个搭载图形处理器GPU的MXM模块、一个复杂可编程逻辑器件CPLD控制芯片。6槽VPX背板包括P0～P6七个VPX连接器，其中P2和P5均设置为支持高速串行计算机扩展总线标准PCIe通信标准的VPX连接器，P2和P5各有两个8x PCIe接口。中央处理器CPU处理板上具有一个搭载中央处理器CPU的ComE模块以及一个64通道的PCIe交换芯片；ComE模块通过16x PCIE连接至PCIe交换芯片。两个GPU处理板上的共四个MXM模块分别通过8x PCIe分别连接至VPX背板上的P2和P5的共四个8x PCIe接口；6槽VPX背板上的P2和P5的共四个8x PCIe接口均连接至PCIe交换芯片。

技术领域

本发明涉及实时信号处理技术领域，具体涉及一种基于OpenVPX平台的多GPU高性能处理系统。

背景技术

随着科学技术的蓬勃发展，高速信息化时代到来，日益增长的密集信号数据量对处理系统的处理能力提出了更高的要求，单位体积、单位功耗均需要更大的处理能力。单处理器架构计算平台的处理性能往往难以满足实际应用需求，在处理系统中增加处理器的数目可以更好地满足大规模计算的性能要求，因此多处理器计算平台已经成为高性能计算领域一种新的解决方案。

针对信号处理的应用领域，GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的一种处理器，它的优势在于无论在浮点运算、并行计算，还是在海量数据处理等方面均具有强大的处理能力，特别适用于对整块数据进行流处理的相关算法。GPU作为一种高度并行化、多线程、拥有强大计算能力和极高存储宽带的众核处理器，因其具有短的开发周期、广泛的适用平台和快速的并行处理等优点而得以广泛应用。CPU-GPU相结合的架构可以更好地发挥GPU的强大处理能力，是现在大量数据并行处理方向上最为高效、最有发展潜力的解决方案。在有限空间下VPX标准能够提供高效、可靠的系统构建平台，可面向不同需求灵活配置系统逻辑运算与并行运算的硬件支撑比例，实现标准化、模块化、可配置系统。

目前大部分的系统设计都是利用单GPU完成的，且大部分系统可配置能力差，多种需求无法在同一架构下实现，开发难度、成本、周期难以满足现有地面系统日益增长的数量需求，针对多GPU实现方案的研究仍然具有很大的进步和提升空间。对多GPU处理系统的可扩展性进行分析，首先对于软件支持的可扩展分析，由于CUDA编程规范支持主机端在一个上下文(Context)中通过不同的设备ID管理多个设备，因此可以实现一个CPU控制多片GPU；其次，对单CPU+多GPU的扩展性分析，对于标准OpenVPX平台，主机板可以利用PCIe交换芯片经背板扩展多块GPU处理板，GPU可以经过背板通过P2槽位与CPU通信，从而构建更大规模的异构计算系统，实现多板卡协同处理，此种情形下，可扩展的GPU数由交换芯片的型号、背板通信机制及传输延迟共同决定；最后，对多CPU+多GPU的系统可扩展性进行研究，可以基于标准OpenVPX平台对整个处理系统进行扩展，使得多组CPU+多GPU异构系统组成大规模处理集群，更大程度上实现加速处理。

因此，如何综合考虑上述问题，构建一个不仅满足应用需求，而且系统架构可根据需求灵活可配置的多GPU系统，是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于OpenVPX平台的多GPU高性能处理系统，是一种可根据需求灵活可配置的多图形处理器GPU系统，满足不同应用场景下的不同需求，且具备较高的数据处理速度。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：该基于OpenVPX平台的多GPU高性能处理系统包括两个双图形处理器GPU处理板、一个中央处理器CPU处理板和一个6槽VPX背板。

双图形处理器GPU处理板上具有两个搭载图形处理器GPU的MXM模块、一个复杂可编程逻辑器件CPLD控制芯片。