Using a parallel programming model for architectural synthesis

Abstract

The problem of automatically generating hardware modules from high level application representations has been at the forefront of EDA research during the last few years. In this Dissertation we introduce a methodology to automatically synthesize hardware accelerators from OpenCL applications. OpenCL is a recent industry supported standard for writing programs that execute on multicore platforms and accelerators such as GPUs. Our methodology maps OpenCL kernels into hardware accelerators based on architectural templates that explicitly decouple computation from memory communication whenever this is possible. The templates can be tuned to provide a wide repertoire of accelerators that meet user performance requirements and FPGA device characteristics. Furthermore a set of high- and low-level compiler optimizations is applied to generate optimized accelerators. Our experimental evaluation shows that the generated accelerators are tuned efficiently to match the applications memory access pattern and computational complexity and to achieve user performance requirements. An important objective of our tool is to expand the FPGA development user base to software engineers thereby expanding the scope of FPGAs beyond the realm of hardware design.

To πρόβλημα της αυτόματης δημιουργίας μονάδων υλικό από παραστάσεις υψηλού επιπέδου εφαρμογής είναι στην πρώτη γραμμή της EDA έρευνας κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών. Σε αυτή την διατριβή παρουσιάζουμε μια μεθοδολογία για τη αυτόματη σύνθεση επιταχυντές υλικού από εφαρμογές OpenCL. OpenCL είναι ένα πρόσφατο πρότυπο για τη σύνταξη των προγραμμάτων που εκτελούνται σε πλατφόρμες πολλαπλών πυρήνων και επιταχυντές όπως GPUs. Η μεθοδολογία μας μετατρέπει προγράμματα OpenCL σε επιταχυντές υλικού με βάση αρχιτεκτονικά πρότυπα που ρητά αποσυνδέει τους υπολογισμούς από την μεταφορά δεδομένων από/προς την μνήμη όποτε αυτό είναι δυνατό. Τα πρότυπα μπορούν να συντονιστούν ώστε να παρέχουν ένα ευρύ ρεπερτόριο από επιταχυντές που πληρούν τις απαιτήσεις απόδοσης των χρηστών και τα χαρακτηριστικά της συσκευής FPGA. Επιπλέον ένα σύνολο υψηλής και χαμηλής στάθμης βελτιστοποιήσεις μεταγλωττιστή εφαρμόζεται για να παράγει βελτιστοποιημένα επιταχυντές. Η πειραματική αξιολόγηση δείχνει ότι οι επιταχυντές που δημιουργούνται αποτελεσματικά συντονισμένοι για να ταιριάζει με το μοτίβο πρόσβασης στην μνήμη κάθε εφαρμογής και την υπολογιστική πολυπλοκότητα και να επιτύχουν τις απαιτήσεις απόδοσης των χρηστών. Ένας σημαντικός στόχος του εργαλείου μας είναι η επέκταση της βάσης χρηστών πλατφόρμες FPGA για μηχανικούς λογισμικού ώστε να γίνει ανάπτυξη FPGA συστήματα από μηχανικούς λογισμικού χωρίς την ανάγκη για εμπειρία σχεδιασμού υλικού.