基于异构视觉计算模块的动态可重构系统

孙建国，贺子天，李思照

(哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

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动态可重构视觉计算系统是面向环境动态视觉感知、大规模图形绘制等视觉信息处理和应用的动态可重构的高效能智能计算机系统，是由计算特性不同的多类计算资源通过高速互联总线构成的异构计算机系统，其在体系结构上强调计算、通信和存储之间的均衡，在能力方面强调性能和功耗之间的均衡，在实际运用中强调根据应用选择合适的计算特性以达到时效和能效的联合优化。动态可重构视觉计算系统应具有计算架构可重构、规模可伸缩、资源高度协同等能力，能在特定体积、功耗和重量等因素的约束下，以高性能且高效能的方式完成海量数据处理、传输、显示以及导航平台实时控制等任务。

异构计算被视为继单核、多核之后处理器的第三个时代，它将有效解决能耗、可扩展性等问题，成为高性能和分布式计算领域的一种重要新兴模式。当前异构计算系统主要有以下2种架构：CPU+GPU及CPU+FPGA。

GPU异构系统主要采用CPU+GPU架构，将CPU和GPU各自优点结合起来，GPU处理数据密集型的并行任务，CPU进行复杂的逻辑事务处理，从而充分发挥CPU和GPU各自优势，最大限度地利用异构系统的处理能力，降低计算成本和能耗。基于CPU+FPGA的异构计算系统可以加速多种计算密集型任务，在此计算模式下，采用传统并行计算方式实现粗粒度的任务并行，直接通过FPGA上的硬件逻辑实现细粒度的任务并行，硬件可编程性通过改变硬件逻辑来适应底层的计算问题，从而使CPU+FPGA的异构计算系统在性能、功耗、体积和成本等方面和传统计算机相比获得显著提升，具有灵活性高、功能适用性强等优势。……