MANGO:基于FPGA的重可编程高性能计算架构探索

MANGO是一项具备创新性研究型高科技工程，它的资金来源主要是靠欧盟“视野2020” （Horizon 2020）研究与创新项目的资助。目的主要是对多核处理器架构的功耗、性能和可预测性展开研究，强调通过功率的高效性、异构高性能计算（HPC）架构实现资源的充分高效利用。MANGO架构属于是硬件平台的一种探索，将来既可服务于高性能计算平台也可用于高性能仿真平台。

这个项目目前的计划是展示运行在MANGO平台上的三个实时应用：编码转换、医学成像和安全相关的应用。初次之外，研究人员还将计划使用MANGO平台研究QoS策略，借助异构高性能计算架构和软硬件协同设计实现功耗和散热的管理。

MANGO架构平台将通用计算节点（GNs）和异构加速节点（HNs）结合起来。MANGO的GNs是标准的刀片服务器，结合了高端的CPU和GPU器件。MANGO的HNs则是基于重可编程硬件平台，采用的是Xilinx全可编程器件，如Xilinx Virtex-7 2000T FPGA和Xilinx Zynq-7000 SoC器件等。

MANGO的HNs的基本实现单元为“tile”（见下图），定义为基本的计算处理单元，满足通信支持的需要，下图展示了MANGO架构的总体实现规划设计：

图1 MANGO架构第一阶段实现设计规划

MANGO架构内部实现了很多基本的计算异构单元tile，每个tile单元都可以用户自定义以满足不同计算能力的需要，一个异构计算配置实例如下图所示：

图2 MANGO架构内部Tile单元配置

上图这个实例展示的是一个搭载Xilinx Virtex-7 2000T FPGA的子卡实现了四个异构Tile组件，以及另一个搭载Xilinx Zynq-7000 SoC器件的子卡实现了两个异构Tile组件，并且实现了通信连接。

系统架构的开发采用PRO FPGA公司开发的“proFPGA Builder”软件，这款软件能够自动检测母板和子板的物理布局，生成代码框架，包括FPGA HDL代码和仿真脚本、综合脚本以及运行脚本，最后采用Xilinx Vivado 工具完成FPGA的综合、布局布线、bit文件生成等操作。