一种基于光通信交换单元的异构加速计算系统的制作方法

本实用新型涉及计算机存构建领域，更具体地说，涉及一种基于光通信交换单元的异构加速计算系统。

背景技术：

随着大数据时代的到来，目前传统cpu计算能力已无法支持大规模的数据计算，异构计算的优势逐步凸显，现有技术中通常采用的异构加速计算架构为cpu+gpu方案，即通过cpu及gpu板卡的组合，由cpu发送计算指令及源操作数，由gpu板卡利用计算指令对源操作数实现相应当计算，来实现对于数据的加速处理；或者cpu+fpga方案，即直接在cpu上插上一个fpga计算卡，由cpu发送源操作数及控制信息至fpga计算卡，由fpga计算卡利用控制信息对源操作数进行相应的加速计算，但是cpu+gpu方案在功耗较大的同时能耗较低，因此人们开始重视高性能异构计算机的研发。

cn104657330a中公开一种基于x86架构处理器和fpga的高性能异构计算平台，在现有平台当基础上，具有x86架构处理器的通用处理器模块、pcieswitch模块和fpga计算模块，但其采用pcie接口，扩展及组网方面均受到限制，灵活性不强。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于光通信交换单元的异构加速计算系统，具备使得整个系统的扩展性更强，组网更加灵活，且可实现大规模的搭建，提高了整体的运算速度与并行度的优点，解决了现有的异构计算机平台扩展及组网方面均受到限制，灵活性不强的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种基于光通信交换单元的异构加速计算系统，包括通用处理器模块1、光通信交换单元2和fpga服务器3；所述通用处理器模块1通过cpri接口4与所述光通信交换单元2双向信号连接，所述光通信交换单元2通过光通信接口5与所述fpga服务器3双向信号连接。

优选的，所述光通信交换单元2包括光通信交换机一21和光通信交换机二22，所述光通信交换机一21的容量大于所述光通信交换机二22的容量，所述光通信交换机二22与所述光通信交换机一21双向信号连接，所述光通信交换机二22通过所述光通信接口5与所述fpga服务器3双向信号连接。

优选的，所述光通信交换机一21和光通信交换机二22均为以太网交换机，每个所述光通信交换机一21均与多个光通信交换机二22的连接。

优选的，所述光通信交换单元2包括光通信交换机，所述光通信交换机通过所述光通信接口5与所述fpga服务器3双向信号连接。

优选的，所述光通信交换机为以太网交换机；所述光通信交换机为多个，多个所述光通信交换机分别与所述通用处理器模块1双向信号连接。

优选的，所述光通信接口5为以太网接口。

优选的，所述fpga服务器3为至少一个，每个所述fpga服务器3均包括至少一个板卡，所述板卡的内壁插接有至少一个fpga计算卡6。

进一步的，每个所述fpga计算卡6均包括光通信接口控制单元61、接口格式转换单元62以及计算单元63，所述光通信接口控制单元61与光通信接口5双向信号连接，所述光通信接口控制单元61与所述接口格式转换单元62双向信号连接，所述接口格式转换单元62与所述计算单元63双向信号连接。

进一步的，每个所述fpga服务器3中fpga计算卡6的数量为十二个。

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型提供的基于光通信交换单元的异构加速计算系统中，通用处理器模块可以直接通过光通信交换机连接一个或多个fpga服务器；也可以先连接一个大容量的光通信交换机一，再通过该交换机分别连接多个小容量的光通信交换机二，每一个光通信交换机二也可以连接有多个fpga服务器；同时，因fpga服务器中还可以包括多个fpga计算卡，使得整个系统的扩展性更强，组网更加灵活。

(2)通用处理器模块主要用于任务的输入、输出、计算任务调度、计算资源分配、计算任务流程控制以及计算结果收集汇总，具体通过通用处理器模块将客户端的任务根据各个fpga计算卡的功能特征进行分配，同时传送计算所需的原始数据；光通信交换单元用于实现更加灵活的数据通信，fpga服务器用于将需要运算的数据通过内部逻辑将其转化为计算结果，再通过接口格式转换单元对计算结果进行转换，通过光通信接口控制单元以及光通信接口将计算结果传回通用处理器模块,不同的fpga服务器既可以分别独立的执行不同的计算任务，也可以相互配合分别执行同一计算任务中的不同计算步骤，提高了整体的运算速度与并行度。

(3)将光通信交换机一和光通信交换机二均采用以太网交换机，通过采用以太网交换机以及以太网接口，使得整个系统的扩展性更强，组网更加灵活；提高了整体的运算速度与并行度；另外，该系统能够兼容各种常用的硬件接口，能够对各种算法提供统一的软件接口；利用该系统可实现各种算法运算。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的系统结构示意图；

图2为本实用新型另一种实施方式的系统结构示意图；

图3为本实用新型fpga服务器的结构示意图；

图4为本实用新型再另一种实施方式的系统结构示意图。

图中标号说明：

1、通用处理器模块；2、光通信交换单元；21、光通信交换机一；22、光通信交换机二；3、fpga服务器；4、cpri接口；5、光通信接口；6、fpga计算卡；61、光通信接口控制单元；62、接口格式转换单元；63、计算单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-4，具体实施方式中提供一种基于光通信交换单元的异构加速计算系统，包括通用处理器模块1、光通信交换单元2和fpga服务器3；通用处理器模块1通过cpri接口4与所述光通信交换单元2双向信号连接，cpri接口4是commonpublicradiointerface的缩写，即通用公共无线电接口，光通信交换单元2通过光通信接口5与fpga服务器3双向信号连接。

一些实施方式中，具体如图2中所示，光通信交换单元2包括光通信交换机一21和光通信交换机二22，所述光通信交换机一21的容量大于所述光通信交换机二22的容量，例如，光通信交换机一21可以为10g大容量的光通信交换机等；光通信交换机二22与光通信交换机一21双向信号连接，光通信交换机二22通过光通信接口5与fpga服务器3双向信号连接。

进一步的，光通信交换机一21可以为多个，每个所述光通信交换机一21也可以均与多个光通信交换机二22的连接，通用处理器模块1通过多个cpri接口4分别与多个光通信交换机一21连接，从而可连接多个光通信交换机二22；优选的实施方式中，光通信交换机一21和光通信交换机二22均为以太网交换机，光通信接口5为以太网接口，采用以太网交换机以及以太网接口，使得整个系统的扩展性更强，组网更加灵活，提高了整体的运算速度与并行度；另外，该系统能够兼容各种常用的硬件接口，能够对各种算法提供统一的软件接口；利用该系统可实现各种算法运算。

另一些实施方式中，光通信交换单元2仅包括一种光通信交换机，光通信交换机通过光通信接口5与fpga服务器3双向信号连接；光通信交换机具体为以太网交换机；优选的实施方式中，具体如图4中所示，光通信交换机为多个，多个光通信交换机分别通过多个cpri接口4与通用处理器模块1双向信号连接。

一些实施方式中，fpga服务器3为至少一个，每个fpga服务器3均包括至少一个板卡，每个板卡的内壁插接有至少一个fpga计算卡6。具体的，每个fpga计算卡6均包括光通信接口控制单元61、接口格式转换单元62以及计算单元63，光通信接口控制单元61与光通信接口5双向信号连接，光通信接口控制单元61与接口格式转换单元62双向信号连接，接口格式转换单元62与计算单元63双向信号连接。进一步的，每个fpga服务器3中fpga计算卡6的数量优选为十二个，fpga计算卡6的数量也可为其他数量；fpga服务器3用于将需要运算的数据通过内部逻辑将其转化为计算结果，再通过接口格式转换单元62对计算结果进行转换，通过光通信接口控制单元61以及光通信接口5将计算结果传回通用处理器模块1，不同的fpga服务器3既可以分别独立的执行不同的计算任务，也可以相互配合分别执行同一计算任务中的不同计算步骤，提高了整体的运算速度与并行度。

本实用新型提供的基于光通信交换单元的异构加速计算系统中，通用处理器模块1可以先连接一个大容量的光通信交换机一21，再通过该交换机分别连接多个小容量的光通信交换机二22，每一个光通信交换机二22也可以连接有多个fpga服务器3；通用处理器模块1也可以直接通过光通信交换机连接一个或多个fpga服务器3；同时因fpga服务器3中包括了多个fpga计算卡6，整个系统的扩展性更强，组网更加灵活。通用处理器模块1主要用于任务的输入、输出、计算任务调度、计算资源分配、计算任务流程控制以及计算结果收集汇总，具体通过通用处理器模块1将客户端的任务根据各个fpga计算卡6的功能特征进行分配，同时传送计算所需的原始数据；光通信交换单元2用于实现更加灵活的数据通信，fpga服务器3用于将需要运算的数据通过内部逻辑将其转化为计算结果，再通过接口格式转换单元62对计算结果进行转换，通过光通信接口控制单元61以及光通信接口5将计算结果传回通用处理器模块1，不同的fpga服务器3既可以分别独立的执行不同的计算任务，也可以相互配合分别执行同一计算任务中的不同计算步骤，提高了整体的运算速度与并行度；光通信交换机一21和光通信交换机二22均采用传统的以太网交换机，采用以太网交换机以及以太网接口，使得整个系统的扩展性更强，组网更加灵活，提高了整体的运算速度与并行度；另外，该系统能够兼容各种常用的硬件接口，能够对各种算法提供统一的软件接口；利用该系统可实现各种算法运算。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但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，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。