大赞Xilinx SDAccel：把FPGA开发带入软件定义时代

杨东 FPGA开发圈

作者：杨东

众所周知，Xilinx公司是FPGA芯片厂商的领导者，如今已经成立了30个年头，为我们电子开发者提供了很多优秀的迭代产品，同时不断优化的FPGA开发工具软件。但是随着互联网时代的到来，FPGA的可扩展、高性能等优势使其可以在多领域大展身手，例如Intel、百度等商业巨头都开始着手使用FPGA作为他们的数据中心，利用FPGA实现一些深度学习、人工神经网络算法等。

六年前Xilinx便开始了一项打破传统FPGA开发流程的研究项目，使软件开发的一套流程能够移植到FPGA开发上来，现在SDAccel开发环境终于与大家见面了。做为Xilinx SDx生态系统中的一员，SDAccel是首个面向OpenCL、C和C++进行架构优化的编译器，能够让开发者在FPGA上实现类似CPU/GPU的开发体验，例如编译、调试和优化等，例如其实现的FPGA数据中心加速服务相比CPU/GPU单位功耗性能提升了25倍，时延则缩短了50到70倍。

Xilinx推出SDAccel：打破传统

下面的百度公司在2014年热门芯片研讨会上公布的一份调查结果显示：

中端 FPGA能够实现375 GFLOPS 的性能，功耗仅为10-20W。
基于FPGA 的加速器可部署在所有类型的服务器中。
和 CPU 和 GPU 相比， FPGA 在深度神经网络（DNN）预测系统中性能更加出色。DNN 系统用于语言识别、图像搜索、OCR、面部识别、网页搜索以及自然语言处理等各种不同应用。

传统的FPGA开发设计使用Verilog语言实现RTL设计，这种开发设计周期长、一些算法的verilog实现相比软件编程语言更加的晦涩难懂，而借助一些软件库可以轻松实现我们的想法，加快产品的研发周期，SDAccel开发环境让没有FPGA开发经验的软件工程师也能够受益于FPGA平台的优势。

SDAccel FPGA软开发三步走

图1 SDAccel开发环境

编译：

软件开发过程中编译代码是第一阶段，而且代码的编译结果与CPU/GPU资源的使用规则一般都是固定的，程序开发人员只需要关心算法的具体实现就可以了。而FPGA的编译过程则是一大难题：编译结果怎么在FPGA的可编程逻辑资源中实现以及FPGA程序代码的存储方式等问题。

SDAccel解决了这些问题，它能够识别选定FPGA型号的逻辑资源和内部存储结构类型，编译器能够在不同状态之间提取并行语句，使用基于阵列读写方式的自动内存结构，完成整个FPGA代码的编译过程。

调试：

在软件开发过程中，完成编译过程并不代表应用程序开发正确，我们还需要在目标硬件上进行不断的调试，发现问题改正错误，软件的调试是一个非常容易理解的问题，但是FPGA得调试却是另一回事，为了能够实现FPGA的调试功能，SDAccel引用了软件调试中经常使用的printf和GBD。

Printf的FPGA实现会浪费一些逻辑资源，这些资源本可以用于实现一些算法功能的，但是这里SDAccel做了一些改进优化，将printf的数据生成与解码显现分离开来，从硬件角度来看，生成printf数据只需要消耗非常少的逻辑资源，数据解码显示则完全有上位机完成，这样实现printf功能几乎对FPGA逻辑资源是零损耗。

程序开发人员可以使用SDAccel的仿真模式进入在线仿真功能，可以像软件调试一样设置断点、单步调试等操作。

优化：

FPGA应用的优化准则与CPU上的优化准则是一样的，只是实现方法不同，CPU上的优化是要关注处理的缓存大小和运算单元数量，而FPGA上的应用优化则关心所选器件型号的逻辑资源和运行时的性能。

总结展望

Xilinx推出的SDAccel让我们看到FPGA开发新的形式，可以让我们像软件一样完成FPGA应用的开发，同样的编译、调试、优化改进操作流程。Xilinx近年来的不断创新带来了一些业界传统变革，如最近提出的All Programmable 概念、SDx开发生态系统，同时她也不再是传统的可编程逻辑公司。这些创新不仅让FPGA应用到更多的领域，也预示着一个新的时代的到来——软件定义时代，我们能做的只有不断学习，紧追时代脚步。

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