宇宙飞船(OpenCL)

用于英特尔FPGA软件开发

支持英特尔OpenCL SDK的Arria 10和Stratix 10 FPGA卡的BSPs

概述

使用OpenCL进行FPGA开发，对于对FPGA开发知之甚少或一无所知的团队来说是完美的。它也是任何需要比传统HDL工作流程更快的周转的团队的解决方案。BittWare FPGA卡上的OpenCL带来了更大的开发者群体，可以利用我们产品提供的先进硬件。

BittWare提供了一系列基于英特尔FPGA的卡，采用Arria 10和Stratix 10器件，通过BittWare调整的板卡支持包（BSP）支持英特尔OpenCL SDK。

想知道您现有的基于CPU或GPU的应用是否能从FPGA加速中受益？我们可以执行一个基准测试来估计潜在的性能改进。请咨询我们的应用优化服务以开始行动。

OpenCL 支持仅限于配备 Intel Stratix 10 和 Arria 10 FPGA 的特定板卡。对于最新一代 FPGA（包括 Agilex）上的高级工具流，我们提供了 oneAPI（点击此处访问并了解支持的产品）。

工具流的灵活性
用于基于软件或硬件的开发

为面向软件的客户提供OpenCL支持
为更快的发展而放弃
用于FPGA可执行文件、驱动程序和API的按钮式流程
将优化的HDL IP核作为库添加到OpenCL设计中

什么是OpenCL？

OpenCL软件语言

开放计算语言（OpenCL）标准是第一个开放的、免版税的、统一的编程模型，用于加速异构系统上的算法。OpenCL软件允许使用基于C语言的编程语言来开发不同平台的代码，如中央处理器（CPU）、图形处理单元（GPU）、数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）。

OpenCL工业标准使工程团队能够以基于FPGA技术的产品为目标，而不需要像硬件和固件工程师在HDL中编程时那样，必须要达到细节的水平。现有的CPU/GPU C或OpenCL代码可以用英特尔OpenCL软件开发工具包重新编译，并立即利用FPGA硬件资源。

在移植现有代码或开发新算法时，OpenCL软件是新标准，以减少基于FPGA的加速器产品的上市时间。

用OpenCL进行FPGA编程

OpenCL允许程序员通过在OpenCL代码中自动执行硬件级别的优化来构建一个专用的FPGA加速器。关键的FPGA功能和优势在语法中被抽象出来，程序员使用编译器来创建高度并行的应用程序。可重新配置的FPGA逻辑允许为硬件专用功能生成专用和优化的块。

历史上FPGA一直被用作整数算术加速器，Arria 10 FPGA系列现在还具有更高的FLOPS和专用浮点资源（高达1.5 TFLOPS），OpenCL软件可以无缝利用这些资源，使整个新的应用范围从FPGA中受益。

前几代FPGA加速器受限于其IO吞吐量或内存带宽，OpenCL软件开发工具包有助于平衡FPGA逻辑的高计算能力与IO的速度，通过OpenCL通道扩展实现高速的内核到内核和内核到IO的数据传输。

该通道功能与高度灵活的存储器配置相结合，内部和板载存储器可以以不同于GPU的方式定制，以适应应用的需要，这为BittWare FPGA加速器提供了平台，使其成为客户基础设施中的优化流计算节点。

OpenCL软件开发工具包使：

数以千计的并行内核执行
可配置的FPGA逻辑针对整数运算进行了优化
新的专用浮点FPGA资源（高达1.5 TFLOPS）。
可配置的本地和全局存储器
内核到内核/内核到IO的高带宽通道
低功率

英特尔工具流程

英特尔OpenCL SDK是为软件程序员提供的开发环境；FPGA设计方面的考虑被抽象出来，由编译器自动处理。该流程基于软件的调试和优化周期，在大部分应用已经设计和优化的情况下，FPGA编译只需要进行有限的几次。

仿真器来验证功能
为FPGA架构优化OpenCL-超过300项优化
a.增加并行性
b.确保流水线
c.使用FPGA硬件资源
d....
简介内核性能
编译到FPGA硬件目标

英特尔OpenCL SDK已全面投入生产，使程序员能够通过遵循简单的设计指南获得门级性能的OpenCL代码，并以最小的努力将内核代码移植到平台。OpenCL SDK是生产和部署FPGA加速器解决方案的最有效途径。

HDL与OpenCL的性能比较

CERN发表了一项研究结果，比较了在BittWare 385板上用HDL和OpenCL编程的两种算法。

更快的发展：2.5个月对2周

更容易开发：3,400行vs. 250行

类似的性能：35倍与26-30倍加速

CERN注意到，即使是具有HDL能力的团队使用OpenCL也有优势，因为较小的代码库更容易更新。两种方法的FPGA逻辑/DSP资源使用情况也是相当的。

资料来源：麻省理工学院HL-LHC研讨会的重建、触发和机器学习：麻省理工学院HL-LHC研讨会的重建、触发和机器学习 "FPGA作为重建的协处理器" 幻灯片19。

董事会支持包

什么是BSP？

BittWare在基于FPGA的硬件和算法加速方面的专业知识集中在OpenCL板卡支持包中。BSP自动利用板载资源和FPGA底层资源，使程序员能够专注于算法而不是在FPGA中的物理实现。

BittWare的BSP产品是根据特定需求定制的。对于计算密集型应用，HPC BSPs最大限度地提高了FPGA的资源利用率。对于数据流加速，支持NETWORK Streams的MAC BSP提供了一个直接到FPGA结构的数据流，用于流中位操作。

英特尔的OpenCL SDK与BittWare的BSP相结合，可以使用新的OpenCL通道功能。通道是一种OpenCL结构，允许内核到内核或IO到内核的高带宽数据传输。这些OpenCL通道可以利用高带宽的FPGA结构本地存储器带宽。

全面整合的解决方案

BittWare具有OpenCL功能的FPGA加速器是一个完全集成的、可用于生产的解决方案。BSP可以从开发和运行系统的单一安装程序中安装和部署。BittWare还提供BSP调试套件，其中包括英特尔Quartus-II / OpenCL SDK许可证，供有需要的客户使用。

BittWare OpenCL BSP还包括一些功能，以方便生产系统的部署：

电路板健康状态（功耗和温度）
英特尔PCIe硬IP核（在工业标准系统中测试）。
闪存恢复机制

我们还提供预装的、可直接使用的、包含所有软件和硬件的集成服务器。

HPC BSP

高性能计算BSP，或称HPC BSP，为用户算法提供更多的FPGA资源。

使用OpenCL SDK的功能，通过复制优化的OpenCL内核代码的多个并行实例，使FPGA结构的利用率最大化。

高带宽的内核对内核通道支持

典型应用：	资源使用情况：
加密压缩等等。	PCIe主机接口板载全局存储器缓冲器

定制的BSP

BittWare还可以根据你的具体需求开发定制的板卡支持包。BittWare FPGA加速器支持多种I/O协议。我们的FPGA加速器专家团队可以与您的企业合作，开发一个定制的板卡支持包。

加速器指标

与OpenCL兼容的BittWare FPGA加速器是基于三个FPGA系列：在选择适合其系统要求的FPGA加速器时，客户必须首先研究其算法在顶层的FPGA资源要求和FPGA加速器的能力。

BittWare提供了多种FPGA加速器和板卡支持包，以满足这些需求。以下章节描述了BittWare提供的BSP IP。

公制	385	395	385A	510T	520N (L-Tile) (**)	520N (H-Tile) (**)	520N-MX (H-Tile)
主机到全局内存的带宽	8通道PCIe 2.0	8通道PCIe 2.0	8通道PCIe 3.0	16通道PCIe 3.0（2x 8通道）	16通道的PCIe 3.0 (*)	16通道的PCIe 3.0 (*)	16通道的PCIe 3.0 (*)
全局记忆深度	2个4GB	4x 8GB (*)	高达2个4GB	高达4x 4GB (*)	4x 8GB	4x 8GB	HBM2 (*)
IO通道	网络：2个10GbE MAC (MAC BSP)	网络：4x 10GbE MAC (MAC BSP)	板对板：2个40Gbps串行链接或网络：2个10GbE MAC（MAC BSP）。	板对板：2个40Gbps的串行链接	板对板：4x 40Gbps 串行链接	板对板：4x 100Gbps 串行链接	板对板：4x 100Gbps 串行链路（通过QSFP28s）。