چارچوب نرم‏افزاری برای ساخت کمک پردازنده مبتنی بر اف‏پی‏جی‏ای جهت ارتقاء سرعت در حل عددی

Abstract

در سالrlm;های اخیر، قابلیت افزایش سرعت حل معادلات دیفرانسیل پارهrlm;ای با استفاده از سخت افزار افrlm;پیrlm;جیrlm;ای مورد توجه جدی قرار گرفته است. با این وجود، پیچیدگیrlm;های پیادهrlm;سازی و برنامهrlm;نویسی این معادلات بر روی این سخت افزار از فراگیر شدن آن در بین کاربران حوزه محاسبات عددی جلوگیری کرده است. در این تحقیق، چارچوبی نرمrlm;افزاری توسعه یافته است که امکان ساخت کمک پردازنده مبتنی بر سخت افزار افrlm;پیrlm;جیrlm;ای برای حل ضمنی معادلات دیفرانسیل پارهrlm;ای با حداقل پیچیدگی و زمان پیادهrlm;سازی را برای کاربر فراهم میrlm;سازد. با استفاده از این چارچوب، شبکه حل و روابط جبری معادلات توسط کاربر تعریف شده و بقیه موارد شامل تولید آی پی حلگر، ارتباط سیrlm;پیrlm;یو و کمک پردازنده و لایهrlm;هاrlm;ی حافظه و ارتباط بین قسمتrlm;های مختلف در این چارچوب مدیریت میrlm;شود. این چارچوب شامل بخشrlm;هایی برای تعریف معماری کمک پردازنده با استفاده از نرمrlm;افزارهای اچrlm;الrlm;اس و ویوادو و ایجاد ارتباط با سیrlm;پیrlm;یو شامل درایورهای سیستم عامل و توابع عملیاتی برای تنظیم شرایط اولیه و مرزی و دریافت نتایج از طریق درگاه پیrlm;سیrlm;آی اکسپرس میrlm;باشد. در این مقاله، پس از توسعه چارچوب نرمrlm;افزاری، نحوه ساخت یک کمک پردازنده برای حل معادله لاپلاس دو بعدی ارائه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، علاوه بر سهولت بکارگیری این چارچوب برای ساخت کمک پردازنده مبتنی بر افrlm;پیrlm;جیrlm;ای، مقایسه سرعت محاسبات با این کمک پردازنده و سی پی یو نشان دهنده افزایش سرعت 22 برابری حل معادله لاپلاس بوده، که در صورت طراحی این کمک پردازنده بر پایه عملیات ممیز ثابت، سرعت حل تا 65 برابر قابل افزایش است.