本实用新型涉及计算机运算技术领域，更具体地涉及一种现场可编程门阵列(FPGA)加速卡。
背景技术：
由于现场可编程门阵列(FPGA)芯片对于特定运算(例如人工神经网络等)能够实现很高的运算性能，其性能在同等功耗、面积下通常高于通用处理器(例如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等)，因此常被作为协处理器实现运算加速功能。
在人工神经网络广泛应用于人工智能领域的背景下，FPGA也越来越多的应用于实现人工神经网络的运算加速功能，常见应用例如包括人脸检测、图像语义分隔等。
作为协处理器，FPGA通常需要与主处理器(如CPU)配合实现功能，物理上以加速卡的形式存在。现有的基于FPGA的加速卡通常是全尺寸的快速外围组件互连(PCI-E)板卡，体积大，只适用于个人计算机、服务器等大型设备中，难以用于嵌入式领域。
技术实现要素：
考虑到上述问题而提出了本实用新型。本实用新型提供了一种FPGA加速卡，所述FPGA加速卡的板卡为MINI PCI-E板卡，所述MINI PCI-E板卡上安装的用于所述FPGA加速卡的组件的尺寸适应于所述MINI PCI-E板卡的尺寸。
在本实用新型的一个实施例中，所述MINI PCI-E板卡上安装有FPGA芯片。
在本实用新型的一个实施例中，所述MINI PCI-E板卡上还安装有提供所述FPGA芯片运算时所需的临时存储的内存芯片。
在本实用新型的一个实施例中，所述内存芯片为DDR内存芯片。
在本实用新型的一个实施例中，所述MINI PCI-E板卡上还安装有电源电路，所述电源电路用于将外部供电电压转换为所述MINI PCI-E板卡上安装的各组件所需的供电电压。
在本实用新型的一个实施例中，所述FPGA芯片的内部集成有PCI-E收发器。
在本实用新型的一个实施例中，所述FPGA加速卡还包括用于将所述FPGA加速卡连接到所述FPGA加速卡所用于的设备的连接器，所述连接器上的引脚由MINI PCI-E标准定义。
在本实用新型的一个实施例中，所述连接器设置在所述MINI PCI-E板卡的一侧边缘。
在本实用新型的一个实施例中，所述连接器包括供电信号引脚和PCI-E信号引脚。
在本实用新型的一个实施例中，所述连接器还包括USB信号引脚。
根据本实用新型实施例的FPGA加速卡采用迷你快速外围组件互连(MINI PCI-E)板卡作为FPGA加速卡的板卡，可以显著减少FPGA加速卡的体积，从而可以很好地应用到嵌入式领域中。
附图说明
通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1是根据本实用新型实施例的FPGA加速卡的示意性结构框图。
具体实施方式
为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于本实用新型中描述的本实用新型实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。
为了解决现有FPGA加速卡体积大的问题，本实用新型提供了一种FPGA加速卡，所述FPGA加速卡的板卡为迷你快速外围组件互连板卡(即MINI PCI-E板卡)，所述MINI PCI-E板卡上安装的用于所述FPGA加速卡的组件的尺寸适应于所述MINI PCI-E板卡的尺寸。
MINI PCI-E是一种标准的小尺寸的PCI-E接口，外形尺寸约为30毫米*51毫米(即30mm*51mm)，远小于全尺寸的PCI-E板卡，常见于固态硬盘(SSD)、无线网卡等产品上。Mini PCI-E接口的通信速率达到3Gbps(PCI-E 3.0x1)以上，因此以MINI PCI-E板卡为板卡的FPGA加速卡可以满足协处理器的通信需求。
根据本实用新型实施例的FPGA加速卡是在一个MINI PCI-E外形的印刷电路板(PCB)上放置FPGA加速卡所需要的各种组件，其中，放置在MINI PCI-E板卡上的各组件的尺寸可适应于MINI PCI-E板卡的尺寸，这样即可实现一个小尺寸的FPGA加速卡，从而解决现有FPGA加速卡体积大的问题，使得FPGA加速卡可应用到嵌入式领域中。
下面，将参考图1描述根据本实用新型实施例的FPGA加速卡。图1示出了根据本实用新型实施例的FPGA加速卡100的示意性结构框图。
如图1所示，FPGA加速卡100包括板卡110，其中板卡110为MINI PCI-E板卡。在一个实施例中，MINI PCI-E板卡110为一块MINI PCI-E标准尺寸的印刷电路板。
在一个实施例中，FPGA加速卡100还可以包括组件120，即连接器(金手指)120，如图1所示的。连接器120可用于将FPGA加速卡100连接到FPGA加速卡100(例如作为协处理器)所用于的设备，将FPGA加速卡100连接到其所用于的设备的方式包括但不限于：FPGA加速卡100通过连接器120与设备的主板(例如包括主处理器的主板)进行连接。
连接器120上的引脚可由MINI PCI-E标准定义。在一个示例中，连接器120可以包括供电信号引脚和PCI-E信号引脚。在另一个示例中，连接器120还可以包括通用串行总线(USB)信号引脚。在其他示例中，连接器120还可以包括其他信号引脚。
在一个实施例中，连接器120可以设置在MINI PCI-E板卡110的一侧边缘，如图1所示的，以便于与FPGA加速卡100所用于的设备连接。在其他示例中，连接器120也可以设置在其他合适的位置。
在一个实施例中，MINI PCI-E板卡110上可安装有组件130，即FPGA芯片130，如图1所示的。FPGA芯片130可实现通信功能(例如与连接器120连接，如图1所示的)以及运算功能。其中，FPGA芯片130的型号可适应于MINI PCI-E板卡110的尺寸。
示例性地，FPGA芯片130可以为逻辑资源在200K逻辑单元(LE)以上的FPGA芯片，例如该芯片的典型尺寸可以为23mm*23mm，在MINI PCI-E板卡110上放置该FPGA芯片足够一般的加速算法实现。在其他示例中，FPGA芯片130也可以包括任意合适数量的逻辑资源，这可取决于其应用场景。
在一个实施例中，MINI PCI-E板卡110上还可安装有组件140，即内存芯片140，如图1所示的。其中，内存芯片140的尺寸可适应于MINI PCI-E板卡110的尺寸。内存芯片140可提供FPGA芯片130运算时所需的临时存储(例如如图1所示的，内存芯片140可以与FPGA芯片130连接)。
根据应用场景的不同，内存芯片140的数目可以为一个或多个。在一个示例中，内存芯片140可以为双倍速率同步动态随机存储器(DDR)内存芯片。在其他示例中，内存芯片140也可以为其他任何合适的内存芯片。内存芯片140不是必需的，MINI PCI-E板卡140上也可以不安装内存芯片140。
在一个实施例中，MINI PCI-E板卡110上还可安装有组件150，即电源电路150，如图1所示的。其中，电源电路150的尺寸可适应于MINI PCI-E板卡110的尺寸。电源电路150可用于将外部供电电压(例如，与FPGA加速卡100连接的主板输送的供电电压)转换为MINI PCI-E板卡110上安装的各组件(如前述的组件130和组件140)所需的供电电压。
如图1所示，连接器120、FPGA芯片130、内存芯片140(以及其他未示出的FPGA加速卡可能包括的组件)可分别与电源电路150连接，电源电路150可经由连接器120接收外部设备(例如FPGA加速卡100作为协处理器所用于的包括主处理器的主板)所输送的供电电压，然后将该供电电压分别转换为连接器120、FPGA芯片130、内存芯片140(以及其他未示出的FPGA加速卡可能包括的组件)各自所需要的供电电压。本实施例中，连接器120、FPGA芯片130、内存芯片140(以及其他未示出的FPGA加速卡可能包括的组件)各自的工作电压可以是相同的，也可以是不同的，电源电路150可依据实际需要进行电压的转化和输送，在此不作具体限定。
在一个实施例中，FPGA芯片130内部可以集成有PCI-E收发器160，其支持PCI-E通信协议，可以实现直接与外部设备的处理器(例如FPGA加速卡100作为协处理器所用于的包括主处理器的主板的主处理器)的PCI-E接口通信。在其他示例中，PCI-E收发器160也可以不集成在FPGA芯片130内部，而是位于MINI PCI-E板卡110上的其他合适的位置。
以上参考图1示例性地描述了根据本实用新型实施例的FPGA加速卡的结构。值得注意的是，虽然在图1中将FPGA加速卡100的MINI PCI-E板卡110上安装的组件示出为包括组件130～160，但其仅是示例性的，MINI PCI-E板卡110上还可以安装有其他任何FPGA加速卡100所需要的组件，为了避免对本实用新型的内容的遮蔽，此处对这些其他组件不再进行描述。
基于上面的描述，根据本实用新型实施例的FPGA加速卡采用MINI PCI-E板卡作为FPGA加速卡的板卡，可以显著减少FPGA加速卡的体积，从而可以很好地应用到嵌入式领域中。例如，由于根据本实用新型实施例的FPGA加速卡的尺寸较小，因此可以应用到笔记本电脑、ITX主板、工控机以及工业相机等设备中。此外，与其搭配的处理器可以包括x86、高级精简指令集机器(ARM)、数字信号处理器(DSP)在内的任何支持PCI-E接口的处理器。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解实用新型各个方面中的一个或多个，在对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本实用新型的结构解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。