Computation acceleration on SGI RASC: FPGA based reconfigurable computing hardware

Abstract

In this paper a novel method of computation using FPGA technology is presented. In several cases this method provides a calculations speedup with respcct to the General Purpose Processors (GPP). The main concept of this approach is based on such a design of computing hardware architecture to fit algorithm dataflow and best utilize well known computing techniques as pipelining and parallelism. Configurable hardware is used as a implementation platform for custom designed hardware. Paper will present implementation results of algorithms those are used in such areas as cryptography, data analysis and scientific computation. The other promising areas of new technology utilization will also be mentioned, bioinformatics for instance. Mentioned algorithms were designed, tested and implemented on SGI RASC platform. RASC module is a part of Cyfronet's SGI Altix 4700 SMP system. We will also present RASC modern architecture. In principle it consists of FPGA chips and very fast, 128-bit wide local memory. Design tools avaliable for designers will also be presented. Autorzy prezentują nową metodę prowadzenia obliczeń wielkiej skali, opartą na układach FPGA. W szczególnych przypadkach jej zastosowanie prowadzi do skrócenia czasu obliczeń. Podstawą metody jest prowadzenie obliczeń za pomocą architektur obliczeniowych projektowanych dla danego algorytmu. Ponieważ architektura stworzona została specjalnie dla zadanego algorytmu, lepiej wykorzystuje możliwości równoległej i potokowej realizacji obliczeń. Jako platformę realizacji architektur dedykowanych zastosowano układy rekonfigurowalne. Artykuł prezentuje także wyniki zastosowania wspomnianej techniki w takich obszarach, jak kryptografia, analiza danych i obliczenia naukowe podwójnej precyzji. Wskazano również na inne dziedziny nauki, gdzie opisywana technika jest z powodzeniem stosowana (np.: bioinformatyka). Zrealizowane algorytmy były uruchomione i przetestowane na zainstalowanym w ACK Cyfronet AGH module SGI RASC, będącym częścią systemu SMP Al-tix 4700. Przedstawiono architekturę zastosowanego modułu RASC oraz narzędzia i metody projektowania dostępne dla programistów.