揭开Altera公司支持OpenCL的设计工具的神秘面纱
将程序中处理负荷较大的工作分配给加速器lsi的“异构计算（heterogeneous computing）”将踏出崭新的一步。美国altera公司将于2013年内开始面向普通用户提供可自动由按照异构计算标准规格“open-cl”编写的程序生成fpga专用电路的工具“altera sdk foropencl”。
将微处理器（cpu）、图形处理器（gpu）及信号处理器（dsp）等结合在一起，并将这些处理器当做加速器使用的环境一直在不断完善。具体而言，半导体厂商主导成立的业界团体khronos group制定了opencl标准，gpu厂商美国英伟达提供了软件开发及运行环境“cuda”。美国英特尔也于2012年11月发布了配备众核型处理器的加速器板卡“xeon phi”（开发代码名：knightscorner）的首款产品。按照用途使用不同架构处理器的异构计算正在稳步普及。sdk for opencl支持的fpga板卡如下图，nallatech公司的产品（上）和bitware公司的产品（下）
由程序生成电路
altera的sdk for opencl与传统工具的不同之处是，用户开发的程序并不是在固定架构处理器上运行的，而是由这些程序生成fpga上的逻辑电路。在处理能力及功耗等方面，有望获得与制作专用硬件时接近的性能。
具体而言，可将按照opencl标准开发的程序中的加速器用程序（在opencl中称为“内核”程序）转换成fpga上的逻辑电路，并将其作为fpga的配置数据输出（图1）。运行时，主机端的程序会通过opencl用运行库，要求已被写入这些配置数据的fpga进行内核处理。
该工具的最大优点是，程序员可在不具备硬件设计知识的情况下生成fpga的配置数据。使用以前提供的开发工具，也能将以c语言编写的程序转换成fpga上的逻辑电路。但是，要让逻辑电路完成数据处理工作，需要由cpu通过某些通信接口收发数据，而且为fpga连接外部存储器的话，还必须设置存储器控制器等。因此，程序员需要具备可设计具备各种外围电路的系统lsi的知识。
图1 可自动由c语言程序生成fpga内的电路
使用altera“sdk for opencl”的设计流程。可将根据opencl的规定编写的外部设备用内核程序转换成fpga上的逻辑电路。
追加固定的外围电路
altera采用的方法是未降低fpga本身所具备的灵活性，而是提高了方便性。sdk for opencl可在由内核程序转换而来的逻辑电路上，自动追加用来与主机处理器通信的pci express接口、外部存储器控制器、内部互联等固定电路（图2）。由此，能够以最终形成系统lsi的形式输出配置数据。
图2 自动追加接口电路
只将内核程序转换成新的逻辑电路。关于用来和主机交换数据的接口电路、存储器互联电路等，均会自动追加固定电路。
但是这样做就无法修改电路，比如使用其他接口电路，或者采用不同的互联电路等。目前支持的fpga板卡也十分有限。可以说这套系统优先考虑的是为软件开发者创造出可以使用fpga的条件。
如果软件开发者预先按照opencl规格编好程序，就能轻松比较出“使用gpu还是fpga作为加速器才能获得高性能”等。opencl消除异构计算中程序与硬件架构的依赖关系的目标正在不断实现。
altera公司已向参加优先体验计划的数十家企业提供了sdk for opencl。目前支持的是主机处理器使用x86架构cpu、以pci express接口与altera公司的fpga通信的系统。
2013年面向普通用户提供时，altera公司还计划使其支持集成有cpu内核“cortex-a9”和外部接口等外围电路的“soc fpga”。soc fpga可利用cortex-a9作为主机处理器，在fpga区域构建加速器电路。其优点是，能够利用比pci express带宽大、延迟小的接口进行主机处理器和加速器电路之间的通信。
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由程序生成电路
altera的sdk for opencl与传统工具的不同之处是，用户开发的程序并不是在固定架构处理器上运行的，而是由这些程序生成fpga上的逻辑电路。在处理能力及功耗等方面，有望获得与制作专用硬件时接近的性能。
具体而言，可将按照opencl标准开发的程序中的加速器用程序（在opencl中称为“内核”程序）转换成fpga上的逻辑电路，并将其作为fpga的配置数据输出（图1）。运行时，主机端的程序会通过opencl用运行库，要求已被写入这些配置数据的fpga进行内核处理。
该工具的最大优点是，程序员可在不具备硬件设计知识的情况下生成fpga的配置数据。使用以前提供的开发工具，也能将以c语言编写的程序转换成fpga上的逻辑电路。但是，要让逻辑电路完成数据处理工作，需要由cpu通过某些通信接口收发数据，而且为fpga连接外部存储器的话，还必须设置存储器控制器等。因此，程序员需要具备可设计具备各种外围电路的系统lsi的知识。
图1 可自动由c语言程序生成fpga内的电路
使用altera“sdk for opencl”的设计流程。可将根据opencl的规定编写的外部设备用内核程序转换成fpga上的逻辑电路。
追加固定的外围电路
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图2 自动追加接口电路
只将内核程序转换成新的逻辑电路。关于用来和主机交换数据的接口电路、存储器互联电路等，均会自动追加固定电路。
但是这样做就无法修改电路，比如使用其他接口电路，或者采用不同的互联电路等。目前支持的fpga板卡也十分有限。可以说这套系统优先考虑的是为软件开发者创造出可以使用fpga的条件。
如果软件开发者预先按照opencl规格编好程序，就能轻松比较出“使用gpu还是fpga作为加速器才能获得高性能”等。opencl消除异构计算中程序与硬件架构的依赖关系的目标正在不断实现。
altera公司已向参加优先体验计划的数十家企业提供了sdk for opencl。目前支持的是主机处理器使用x86架构cpu、以pci express接口与altera公司的fpga通信的系统。
2013年面向普通用户提供时，altera公司还计划使其支持集成有cpu内核“cortex-a9”和外部接口等外围电路的“soc fpga”。soc fpga可利用cortex-a9作为主机处理器，在fpga区域构建加速器电路。其优点是，能够利用比pci express带宽大、延迟小的接口进行主机处理器和加速器电路之间的通信。
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