基于FPGA的高精度科学计算加速器研究

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作   者：

雷元武;  窦勇;  郭松; 

作者机构：

国防科学技术大学计算机学院; 

关键词：

E量级计算;  MGS-QR分解;  FPGA;  LU分解;  硬件加速器;  四精度浮点算术; 

期刊名称：

计算机学报

基金项目：

支持高速缓存一致的片上网络关键技术研究
高性能可重构算法加速器体系结构研究

i s s n：

0254-4164

年卷期：

2012 年 35 卷 01 期

页   码：

112-122

摘   要：

探索了FPGA平台加速高精度科学计算应用的能力和灵活性.首先,研究科学计算中最常用的操作——向量内积,提出基于定点操作的精确向量内积算法.以IEEE 754-2008标准的四精度(Quadruple Precision)浮点算术为例,在FPGA平台上设计了一个基于全展开方法的全流水四精度浮点乘累加单元(QPMAC):提出两级存储策略精确存储乘累加和;采用保留进位累加策略减少定点加法器位宽、简化进位处理、优化关键路径;引入累加和划分策略,实现流水吞吐率.最后,在XC5VLX330FPGA芯片上设计一个LU分解和MGS-QR分解加速器原型来验证QPMAC的性能.实验结果表明,与运行在Intel四核处理器上的基于OpenMP的并行算法相比,集成4个QP-MAC单元的加速器能获得42倍到97倍的性能提升,并且能获得更高结果精度和更低能量消耗.