[实用新型]一种基于多FPGA板卡全连接的异构计算服务器

说明书

本实用新型提出一种基于多FPGA板卡全连接的异构计算服务器，该服务器包含5个FPGA并行计算信号处理板，每个FPGA处理板出4组X4的Aurora总线，和其他四个FPGA处理板两两互相连接，同时每个FPGA处理板出一个PCIeX4的总线信号，全部连接到X86的主控管理板上。这样，形成X86处理器和多FPGA处理器的全连接的异构计算服务器。全连接的Full mesh结构实现串行、并行数据传输和串行、并行算法计算，使得设备扩展性大大加强，计算的延迟时间、数据的吞吐率远高于传统PCIe架构的异构计算服务器。其FPGA的计算结果又可以通过PCIe总线传输给X86处理器，实现数据的管理、显示、存储。

技术领域

本实用新型涉及一种异构计算服务器技术领域，特别是涉及一种基于多FPGA板卡全连接的异构计算服务器。

背景技术

异构计算是一种特殊形式的并行和分布式计算，它能同时支持串行方式和并行方式的单个独立计算机，或是用由高速网络互连的一组独立计算机来完成计算任务。它能协调地使用性能、结构各异地机器以满足不同的计算需求，并使代码能以获取最大总体性能方式来执行。目前通常的异构计算服务器在硬件上大部分使用PCIe总线互相连接，实现X86处理器或者ARM处理器和一片GPU/FPGA PCIe卡，或者多片GPU/FPGA PCIe卡组合，实现算法任务的串行和并行计算，达到异构计算的效果，产品目前广泛应用于互联网图像、大数据运算，人工智能分析等场合。产品形态都是延续传统服务器结构扩展PCIe卡的模式，主要有塔式服务器和机架服务器，常见曙光、浪潮、华为等公司服务器产品。

PCIe总线的通用异构计算服务器是在传统服务器的基础上发展过来的，其最大的特点就是各计算子卡的数据传输都需要通过主板PCIe总线进行桥接，受制于PCIe总线没有Switch交换功能，其子卡之间没有办法实现数据的直接连通。这样，导致高带宽的数据交互频繁的占用主板CPU的资源，使得CPU成为了一个简单的数据转发器，大大浪费了CPU本身的数据算法计算能力，另外，频繁的PCIe交互，大大增加了数据传输的延迟，对于高带宽、低延迟的系统，传统异构计算服务器就满足不了产品应用的要求。

以GPU为处理器的并行计算PCIe卡构建的异构计算服务器，受制于GPU是一种固化的PCIe处理器，其只能沿用目前PCIe总线模式，另外其API函数、底层中间件软件也是基于PCIe服务器模式进行搭建，目前还很难看到其数据互联模式升级的可能性。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本实用新型提出一种基于多FPGA板卡全连接的异构计算服务器，该服务器包含5个FPGA并行计算信号处理板，每个FPGA处理板出4组X4的 Aurora总线，和其他四个FPGA处理板两两互相连接，同时每个FPGA处理板出一个PCIeX4 的总线信号，全部连接到X86的主控管理板上。这样，形成X86处理器和多FPGA处理器的全连接的异构计算服务器。全连接的Full mesh结构实现串行、并行数据传输和串行、并行算法计算，使得设备扩展性大大加强，计算的延迟时间、数据的吞吐率远高于传统PCIe 架构的异构计算服务器。其FPGA的计算结果又可以通过PCIe总线传输给X86处理器，实现数据的管理、显示、存储。

该服务器中的多板卡FPGA数据互联不需要经过PCIe总线，全连接的Full mesh结构使得板卡任意两两互联，5个FPGA处理器的数据传输可以按照串行方式传输，也可以并行传输，从而实现FPGA算法计算串行方式或者并行方式进行，大大增强了异构的灵活性，并行计算的扩展性大大加强，计算的延迟时间、数据的吞吐率远高于传统PCIe架构的异构计算服务器。其FPGA的计算结果又可以通过PCIe总线传输给X86处理器，实现主控管理、显示、存储。FPGA卡可以扩展万兆网络、光纤等接口，能非常方便的从外部直接导入数据到FPGA直接计算。