CN108647179A - 基于plx+ku系列的高性能计算通讯处理卡 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，包括FPGA模块、PCIE总线接口、桥接模块、逻辑模块和闪存模块，FPGA模块的输入端上设有稳压模块，FPGA模块的输出端上设有第一通讯端口，第一通讯端口用于保障FPGA模块的信号输出，FPGA模块内至少包括一个FPGA芯片，桥接模块、逻辑模块和闪存模块的信号输入端均分别与FPGA模块的信号输出端电性连接，本发明通过FPGA模块、逻辑模块和桥接模块的设计，提高了基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡运算性能，保障了基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡的高速复杂运算，通过PCIE总线接口的设计，使得基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡可以结合目前主流的服务器、桌面PC级与其组成高性能分布式计算系统。
Description
技术领域
本发明涉及计算机系统技术领域，特别涉及一种基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡。
背景技术
FPGA是高规格的集成电路，可以实现通过不断的配置和拼接，达到无限精度的函数功能，因为它不像CPU或者GPU那样，基本数据类型的位宽都是固定的，相反FPGA能够做的非常灵活。在使用FPGA的过程中，特别适合一些low-level的操作，比如像bit masking、shifting、addition这样的操作都可以非常容易的实现。FPGA产品也相机推出了C语言编译器，大大简化了FPGA的开发难度。为了满足图像处理和机器学习的要求，也提供了部分OpenCL功能。好多平台也逐渐和FPGA计算资源相结合。如Caffe、Spark。支持C语言和OpenCL，可以和Caffe、Spark等结合使用
然而，现有的高性能计算通讯处理卡的加速比较低，难以实现高速复杂的运算，不适用于HASH计算、虚拟币挖矿、深度学习、图像处理等高计算高数据吞吐的业务处理。
发明内容
基于此，本发明提供一种能实现高速复杂运算的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡。
一种基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，包括FFPGA逻辑模块和分别与所述CPLD模块电性连接的PCIE总线接口、桥接模块、逻辑模块和闪存模块，所述CPLD模块的输入端上设有稳压模块，所述稳压模块用于降低所述CPLD模块的输入信号的波动，所述CPLD模块的输出端上设有第一通讯端口，所述第一通讯端口用于保障所述CPLD模块的信号输出，所述闪存模块用于存储所述CPLD模块中的数据，所述FPGA模块内至少包括4个FPGA芯片，每个所述FPGA芯片的信号输出端均与所述第二通讯端口电性连接，所述FPGA模块用于接收所述CPLD模块中的数据后进行逻辑运算，所述桥接模块的信号输入端均分别与所述CPLD模块的信号输出端电性连接，所述FPGA模块的输入端上设有稳压模块，所述稳压模块用于降低所述FPGA模块的输入信号的波动。
上述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，通过所述FPGA模块、所述逻辑模块和所述桥接模块的设计，有效的提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡运算性能，进而保障了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡的高速复杂运算，通过所述PCIE总线接口的设计，使得所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡可以结合目前主流的服务器、桌面PC级与其组成高性能分布式计算系统；通过所述第一通讯端口和所述第二通讯端口的设计，以使提供了统一的API接口，可以方便的对接应用，如：虚拟币挖矿计算、HASH计算、信号处理计算、机器学习、神经网络计算、音视频计算，进而有效的提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡的运算性能；通过所述闪存模块的设计，以使所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡具备在线快速下载程序或者切换程序的功能，进而解决了离线才能对FPGA慢速烧录的问题，方便了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡在大数据处理过程中的应用程序调度和远程管理。
进一步地，所述稳压模块包括第一稳压器、第二稳压器、第三稳压器、第四稳压器、第五稳压器和第六稳压器，且所述第一稳压器、所述第二稳压器、所述第三稳压器、所述第四稳压器、所述第五稳压器和所述第六稳压器均采用LTM4620型号制成。
进一步地，所述FPGA模块中设有一CPLD芯片，且所述CPLD芯片采用cyclone或arria系列芯片制成。
进一步地，所述第一通讯端口采用CPLD JTAG Conn2.54mm型号制成，所述第二通讯端口采用FPGA JTAG Conn 2.0mm型号制成。
进一步地，所述PCIE总线接口上设有通讯插槽，所述通讯插槽采用PCIE4xFingers结构。
进一步地，所述逻辑模块采用4块K7、V7或ultrascale系列芯片制成。
进一步地，所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括状态显示模块，所述状态显示模块采用状态指示灯或蜂鸣器制成。
进一步地，所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括报警模块，所述报警模块与所述FPGA模块电性连接，所述报警模块用于当检测到所述FPGA模块发生故障时发出报警信号。
进一步地，所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括散热模块，所述散热模块采用散热风扇或散热管制成。
进一步地，所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括一外接电源，所述外接电源通过插座与外部供电系统连接。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡的模块结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡的板卡结构示意图；
图3为本发明第二实施例提供的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡的板卡结构示意图；
主要元素符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图2，本发明第一实施例提供一种基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100，包括FPGA模块(FPGA逻辑模块)10和分别与所述FPGA模块10电性连接的PCIE总线接口13、桥接模块14、逻辑模块和闪存模块15，通过所述FPGA模块10、所述逻辑模块和所述桥接模块14的设计，有效的提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100运算性能，进而保障了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100的高速复杂运算，且。
所述FPGA模块10的输入端上设有稳压模块11，所述稳压模块11用于降低所述FPGA模块10的输入信号的波动，以防止了所述FPGA模块10由于电压或电流波动较大导致的损坏，提高了所述FPGA模块10和所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100的使用寿命，所述FPGA模块10的输出端上设有第一通讯端口12，所述第一通讯端口12用于保障所述FPGA模块10的信号输出，具体的，所述第一通讯端口用于完成高速的数据接收回传，实现(1G、10G、40G)等海量数据传输，所述FPGA模块10内至少包括一个FPGA芯片101，每个所述FPGA芯片101的信号输出端均与所述第一通讯端口12电性连接。
所述桥接模块14、所述逻辑模块和所述闪存模块15的信号输入端均分别与所述FPGA模块10的信号输出端电性连接，所述桥接模块14用于所述FPGA模块10上的信号桥接，所述逻辑模块用于接收所述FPGA模块10中的数据后进行逻辑运算，具体的，所述逻辑模块用于实现指定应用的数据计算，如：hash计算、比特币挖矿计算、神经网络计算、信号处理计算等等，所述闪存模块15用于存储所述FPGA模块10中的数据，其中由于FPGA掉电之后，不保存程序，所以需要专门的配置芯片；本发明产品提供动态加载程序，使得可以在线编程，也支持离线程序的加载，方便大数据处理过程中的应用程序调度和远程管理。
具体的，所述稳压模块11包括第一稳压器111、第二稳压器112、第三稳压器113、第四稳压器114、第五稳压器115和第六稳压器116，且所述第一稳压器111、所述第二稳压器112、所述第三稳压器113、所述第四稳压器114、所述第五稳压器115和所述第六稳压器116均采用LTM4620型号制成，通过所述第一稳压器111、所述第二稳压器112、所述第三稳压器113、所述第四稳压器114、所述第五稳压器115和所述第六稳压器116的设计，有效的防止了所述FPGA模块10由于电压波动较大导致的损坏，提高了所述FPGA模块10的使用寿命，提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100的使用安全性能。
进一步，所述FPGA模块10中所述FPGA芯片101的数量为四个，且每个所述FPGA芯片101均采用cyclone或arria系列芯片制成，所述FPGA模块10中设有一CPLD模块16，所述CPLD模块16内设有CPLD芯片，且所述CPLD芯片采用cyclone或arria系列芯片制成，所述第一通讯端口12采用CPLD JTAG Conn 2.54mm型号制成，所述第二通讯端口14采用FPGA JTAGConn 2.0mm型号制成，进而有效的降低了所述FPGA模块10的生产成本，且保障了所述FPGA模块10的运算性能。
此外，本实施例中所述PCIE总线接口13上设有通讯插槽131，所述通讯插槽131采用PCIE 4x Fingers结构，具体的，所述PCIE总线接口13与计算机上的金手指插槽插装连接，由计算机上的驱动程序提供Windows应用程序访问的接口，实现打开、关闭、读、写以及控制系统调用；Windows应用程序使用驱动程序提供的系统调用控制硬件进行运算，并为用户提供操作界面，数据下传及数据上传功能。
具体的，所述逻辑模块采用4块K7、V7或ultrascale系列芯片制成，所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100还包括报警模块，所述报警模块与所述FPGA模块10电性连接，所述报警模块用于当检测到所述FPGA模块10发生故障时发出报警信号，通过所述报警模块的设计，当所述FPGA模块10发生故障时，能及时有效的发出报警信号，快速的提醒客户以进行维修和检测，进而提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100的使用安全性能。
优选的，所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100还包括散热模块，所述散热模块采用散热风扇或散热管制成，所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100还包括一外接电源18，所述外接电源18通过插座与外部供电系统连接，通过所述外接电源18的设计，有效防止了所述FPGA模块10当内部电源发生故障或电压不足时导致的损坏，进而有效的提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100的使用安全性能。
本实施例中，通过所述FPGA模块10、所述逻辑模块和所述桥接模块14的设计，有效的提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100运算性能，进而保障了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100的高速复杂运算，通过所述PCIE总线接口13的设计，使得所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100可以结合目前主流的服务器、桌面PC级与其组成高性能分布式计算系统，通过所述第一通讯端口12和所述第二通讯端口17的设计，以使提供了统一的API接口，可以方便的对接应用，如：虚拟币挖矿计算、HASH计算、信号处理计算、机器学习、神经网络计算、音视频计算，进而有效的提高了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100的运算性能，通过所述闪存模块15的设计，以使所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100具备在线快速下载程序或者切换程序的功能，进而解决了离线才能对FPGA慢速烧录的问题，方便了所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100在大数据处理过程中的应用程序调度和远程管理。
请参阅图3，为本发明第二实施例提供的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100a的板卡结构示意图，该第二实施例与第一实施例的结构大抵相同，其区别在于，本实施例中所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡100a还包括状态显示模块19，所述状态显示模块19采用状态指示灯或蜂鸣器制成，所述状态显示模块19与所述FPGA模块10电性连接，所述状态显示模块19用于显示所述FPGA模块10的工作状态。
本实施例中，当所述FPGA模块10处于工作状态时向所述状态显示模块19发送工作信号，此时所述状态显示模块19处于常亮状态发出亮光，当所述FPGA模块10发生故障时向所述状态显示模块19发送故障信号，此时所述状态显示模块19处于报警模块发出间隔闪烁或红色亮光，当所述FPGA模块10停止工作时向所述状态显示模块19发送关闭信号，此时所述状态显示模块19处于不发光状态。
上述实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：包括FPGA模块和分别与所述FPGA模块电性连接的PCIE总线接口、桥接模块、逻辑模块和闪存模块，所述FPGA模块的输入端上设有稳压模块，所述稳压模块用于降低所述FPGA模块的输入信号的波动，所述FPGA模块的输出端上设有第一通讯端口，所述第一通讯端口用于保障所述FPGA模块的信号输出，所述FPGA模块内至少包括一个FPGA芯片，每个所述FPGA芯片的信号输出端均与所述第一通讯端口电性连接，所述桥接模块、所述逻辑模块和所述闪存模块的信号输入端均分别与所述FPGA模块的信号输出端电性连接，所述桥接模块用于所述FPGA模块上的信号桥接，所述逻辑模块用于接收所述FPGA模块中的数据后进行逻辑运算，所述闪存模块用于存储所述FPGA模块中的数据。
2.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述稳压模块包括第一稳压器、第二稳压器、第三稳压器、第四稳压器、第五稳压器和第六稳压器，且所述第一稳压器、所述第二稳压器、所述第三稳压器、所述第四稳压器、所述第五稳压器和所述第六稳压器均采用LTM4620型号制成。
3.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述FPGA模块中设有一CPLD芯片，且所述CPLD芯片采用cyclone或arria系列芯片制成。
4.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述第一通讯端口采用CPLD JTAG Conn 2.54mm型号制成，所述第二通讯端口采用FPGA JTAGConn 2.0mm型号制成。
5.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述PCIE总线接口上设有通讯插槽，所述通讯插槽采用PCIE 4x Fingers结构。
6.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述逻辑模块采用4块K7、V7或ultrascale系列芯片制成。
7.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括状态显示模块，所述状态显示模块采用状态指示灯或蜂鸣器制成。
8.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括报警模块，所述报警模块与所述FPGA模块电性连接，所述报警模块用于当检测到所述FPGA模块发生故障时发出报警信号。
9.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括散热模块，所述散热模块采用散热风扇或散热管制成。
10.根据权利要求1所述的基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡，其特征在于：所述基于PLX+KU系列的高性能计算通讯处理卡还包括一外接电源，所述外接电源通过插座与外部供电系统连接。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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