CN107391429A - 一种cpu+gpu+fpga的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种CPU+GPU+FPGA的设计方法的技术领域，是属于计算机领域，人工智能和超算领域，主要的设计方法是把这三种各自擅长的计算能力和灵活的进行重构化结合起来，使计算机不但具备了，超强的计算能力，并且具备自我设计，自我编程，自我改进的能力提供硬件基础。

Description

一种CPU+GPU+FPGA的设计方法

技术领域

一种CPU+GPU+FPGA的设计方法的技术领域，是属于计算机领域，人工智能和超算领域，主要的设计方法是把这三种各自擅长的计算能力和灵活的进行重构化结合起来，使计算机不但具备了，超强的计算能力，并且具备自我设计，自我编程，自我改进的能力提供硬件基础。

背景技术

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。图形处理器（英语：Graphics Processing Unit，缩写：GPU），又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上图像运算工作的微处理器。将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，也是“人机对话”的重要设备之一，显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，承担输出显示图形的任务，现在通过多GPU结合提高技术速度，在人工智能方面对图片的处理，对运算的加速起到关键的作用。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。现在的电脑一般都是CPU+GPU结合，或CPU+FPGA结合，这样的结合确实解决了很多问题，CPU+GPU结合就是我们一般使用的电脑，这样的构架也是现在超级计算机的组合，不过这样的组合全是固定构架，CPU和GPU组合的构架全是固定死的，也就是说里面的线路是不能改变的，这样的组合可以设计成多CPU和多GPU构成一个计算能力十分强大的超级计算机，CPU+FPGA结合，这样的结合的好处是可以灵活的进行编程，改变FPGA里面的线路布局，随时针对性的满足计算能力不是十分强大，当灵活性强的设计，能满足时时改变的外部环境要求，具有极大的灵活性。

发明内容

由于人工智能的迅速崛起，现在数据数量指数的增长，并且对外部的信息的输入越来越多，越来越精细，数据量也越来越大，对数据分析的深度越来越深，因此对计算能力的要求也越来越高，而且要对外部环境的变化要不断适应，需要不断的在现有的设备上加传感器或其他外围设备，根据上面的分析，CPU+GPU结合或CPU+FPGA结合各有优点和缺点，因此根据现在发展的迫切需要，把这三者结合构成一个既具有超级计算能力，又可以灵活设计的构思来满足现在火热的人工智能对硬件的需求，和其他各种各业的需求，一种CPU+GPU+FPGA的设计方法，其特征是： 把CPU、GPU、FPGA一起做在主板上，为了满足现在巨大的计算量和适应各种变化，CPU要根据现实的需求，采用多核CPU，GPU一般是采用多片GPU，这要根据实际的需求和成本决定，FPGA肯定要采用很多片的，当GPU很忙时，把一些任务交给FPGA处理，或直接把一些子任务分配给FPGA进行处理，当使用完后，如果不使用FPGA，就把FPGA设置为初始状态，这样就可以根据如何的需求把FPGA设置满足需求的电路，当然固定需求的设计就不须改变了，同时设备根据外部环境的要求，和产品的不断进化升级，不断的要添加外部设备和传感器，通过对FPGA的设计，进行实时处理信息，FPGA当然可以直接把任务解决或对任务进行预处理，CPU的作用是处理串行计算，同时调度和分配任务，并根据需求改变FPGA的设计，使它满足各种需求，GPU的作用是把大量并行的计算通过CPU的调度，把任务分配给GPU，进行大量的并行计算，FPGA的作用是当计算机现有的硬件，并行计算能力不足时的补充，当外部的环境发生改变需要适应或需要升级功能，或增加硬件时，就可以通过编程增加这个需要的硬件对应的设计，也可以设计为系统内部的部件加强计算能力或内部需求，就是当硬件的并行速度不能满足并行运算需求时，就会自动改变FPGA的设计，把任务分配给FPGA进行并行处理，因此把CPU、GPU、FPGA完美的结合起来，为设备具有自我学习，自我演化，自我更新，提供硬件基础，更重要这样设备的设计，可以对自己的硬件进行设计改变和扩增外部设备的能力，这样就可以不断优化，不断扩增，使设备变的越来越先进，越来越智能。

附图说明

当图1是一种CPU+GPU+FPGA的设计方法的结构原理图，1代表主板，2代表CPU,3代表GPU，4.5.6.7.8.9.10.11.12代表FPGA，图1是最简单的结构，用来示范作用，这里的CPU是多核的，主板上也可以安装多片CPU，GPU也可以安装多片GPU，根据需要，FPGA是肯定要安装多片的，以满足多用途需要和实时处理的需要。

实施方法

启动设备，系统进入操作系统，CPU管理串行的任务，当处理的任务遇到大量的并行运算时，把任务分配给GPU，GPU就是处理并行运算的设计，这样大量的并行的数据就被处理掉，如果这些数据实在太大，那么CPU就把一些子任务分配给FPGA进行并行计算或直接加入并行计算，当然最主要的是，CPU会通过比如神经网络和其他的深度学习的算法，让机器自己学习，产生新的算法，让这种算法对FPGA进行编程，使FPGA能解决特点问题的方法，这样就可以使设备不但具备自我学习，自我演化，自我更新，更重要的是使机器对自己的硬件进行编程改变和扩增设备的能力，这样就可以不断优化，不断扩增，使设备变的越来越先进，越来越智能。

Claims (1)

1.一种CPU+GPU+FPGA的设计方法，其特征是： 把CPU、GPU、FPGA一起做在主板上，为了满足现在巨大的计算量和适应各种变化，CPU要根据现实的需求，采用多核CPU，GPU一般是采用多片GPU，这要根据实际的需求和成本决定，FPGA肯定要采用很多片的，当GPU很忙时，把一些任务交给FPGA处理，或直接把一些子任务分配给FPGA进行处理，当使用完后，如果不使用FPGA，就把FPGA设置为初始状态，这样就可以根据如何的需求把FPGA设置满足需求的电路，当然固定需求的设计就不须改变了，同时设备根据外部环境的要求，和产品的不断进化升级，不断的要添加外部设备和传感器，通过对FPGA的设计，进行实时处理信息，FPGA当然可以直接把任务解决或对任务进行预处理，CPU的作用是处理串行计算，同时调度和分配任务，并根据需求改变FPGA的设计，使它满足各种需求，GPU的作用是把大量并行的计算通过CPU的调度，把任务分配给GPU，进行大量的并行计算，FPGA的作用是当计算机现有的硬件，并行计算能力不足时的补充，当外部的环境发生改变需要适应或需要升级功能，或增加硬件时，就可以通过编程增加这个需要的硬件对应的设计，也可以设计为系统内部的部件加强计算能力或内部需求，就是当硬件的并行速度不能满足并行运算需求时，就会自动改变FPGA的设计，把任务分配给FPGA进行并行处理，因此把CPU、GPU、FPGA完美的结合起来，为设备具有自我学习，自我演化，自我更新，提供硬件基础，更重要这样设备的设计，可以对自己的硬件进行设计改变和扩增外部设备的能力，这样就可以不断优化，不断扩增，使设备变的越来越先进，越来越智能。