【導(dǎo)讀】為了獲得高性能，GPU架構(gòu)利用強(qiáng)大的并行處理能力來(lái)處理高要求的圖像和計(jì)算任務(wù)。那么如何來(lái)優(yōu)化GPU原型設(shè)計(jì)呢？本文一位頂尖國(guó)際工程師分享了基于FPGA的GPU原型優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，有興趣的可以看看。

安迪?喬力是一名高級(jí)應(yīng)用程序顧問(wèn)——該程序即Synopsys全球產(chǎn)品線領(lǐng)導(dǎo)品牌，基于FPGA的原型設(shè)計(jì)。安迪已從事FPGA技術(shù)研發(fā)25年多。最近，他又開(kāi)始向客戶提供支持，支持他們建立在Synopsys HAPS平臺(tái)上的復(fù)雜CPU SoC和GPU IP原型設(shè)計(jì)需求，并同時(shí)在全球范圍內(nèi)對(duì)嵌入在用戶程序中相同SoC和GPU IP的開(kāi)發(fā)提供支持。

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PowerVR Rogue GPU的建立基于效率市場(chǎng)領(lǐng)先的原則，這使過(guò)去幾代圖像處理器的性能得以顯著提高。為了獲得高性能，GPU架構(gòu)利用強(qiáng)大的并行處理能力來(lái)處理高要求的圖像和計(jì)算任務(wù)。為獲得高性能而配置GPU IP時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨的是多重的挑戰(zhàn)。他們需將復(fù)雜、高門(mén)數(shù)的設(shè)計(jì)融入單一FPGA有限的空間里。考慮到Series6、Series6XE 和Series6XT系列的可擴(kuò)展性（從半個(gè)到八個(gè)集群），在嘗試測(cè)試這些復(fù)雜設(shè)備時(shí)卻面臨著更多的挑戰(zhàn)。

PowerVR Series6XT GPU的規(guī)模是從兩個(gè)集群到八個(gè)集群。由于其它選擇（即制造測(cè)試芯片）的過(guò)程變得越來(lái)越昂貴且耗時(shí)，Synopsys和Imagination便合作打造更具活力基于FPGA的原型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。由此，使用多個(gè)FPGA甚至是最大的PowerVR GPU建模的新型優(yōu)化流程便得以問(wèn)世。下述將具體展示獲得這一建樹(shù)的經(jīng)歷。

GPU原型設(shè)計(jì)需求

Synopsys所做的第一步是啟動(dòng)一個(gè)概念驗(yàn)證項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目為Imagination的PowerVR Series6 GPU展示了基于FPGA的原型設(shè)計(jì)。原型設(shè)計(jì)環(huán)境包括一個(gè)獨(dú)立回歸測(cè)試的頂層測(cè)試架構(gòu)。試架構(gòu)通過(guò)PCIe端口和使用DDR3存儲(chǔ)接口的存儲(chǔ)測(cè)試激勵(lì)和結(jié)果連接至PC主機(jī)。這使得測(cè)試團(tuán)隊(duì)得以控制和分析GPU，并通過(guò)Universal Multi-Resource BUS （UMRBus）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置且從PC主機(jī)訪問(wèn)測(cè)試和結(jié)果數(shù)據(jù)。

支持回歸測(cè)試的頂層測(cè)試架構(gòu)

團(tuán)隊(duì)為包含多重FPGA的Synopsys HAPS-70 S48原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)行手動(dòng)的設(shè)計(jì)區(qū)分，獲得了幾個(gè)MHz的時(shí)鐘速度。在該系統(tǒng)上將實(shí)施7000個(gè)回歸測(cè)試——所有測(cè)試都不需要測(cè)試芯片。我們不僅僅區(qū)分衍生設(shè)計(jì)（甚至比Series6 GPU更大的設(shè)備），還創(chuàng)建了額外的測(cè)試邏輯和充足的性能，以支持視頻輸出。這可通過(guò)使用ProtoCompiler完成。ProtoCompiler是Synopsys第二代FPGA自動(dòng)化區(qū)分工具。ProtoCompiler旨在將啟動(dòng)所需的時(shí)間和工作量最小化，再為IP驗(yàn)證和軟件開(kāi)發(fā)部署Synopsys HAPS系列系統(tǒng)。它結(jié)合了自動(dòng)化特性，用于設(shè)計(jì)規(guī)劃、邏輯綜合、調(diào)試和連接到其它驗(yàn)證環(huán)境如Synopsys VCS和ZeBu。原型軟件與HAPS系列緊密結(jié)合，以提供系統(tǒng)性能。

PowerVR Series6和Series6XT原型的成功意味著Imagination設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在將新型GPU引入市場(chǎng)時(shí)很少依賴測(cè)試芯片的使用。對(duì)原型的早期訪問(wèn)可確保系統(tǒng)驗(yàn)證、早期的軟件開(kāi)發(fā)并簡(jiǎn)化軟硬件集成。

Synopsys HAPS-70中的PowerVR Series6 GPU

利用原型平臺(tái)最終獲得12 MHz性能使Imagination得以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)執(zhí)行數(shù)千個(gè)測(cè)試，并為平臺(tái)提供早期的軟件開(kāi)發(fā)。此外，HAPS系統(tǒng)支持視頻輸出可允許實(shí)時(shí)、工作的I/O對(duì)圖像處理的正確性和質(zhì)量進(jìn)行檢查。