一种FPGA裸金属服务器的实现方法及系统技术方案

为了解决现有云FPGA资源的抽象描述方法仅从I/O外部设备的角度考虑，导致抽象描述层次较低，限制云FPGA的资源管理和租户使用方式灵活性的问题，本发明专利技术提出一种FPGA裸金属服务器的实现方法和系统，使云FPGA资源与x86云主机具有类似使用方式的通用云计算资源的方法，无需定制开发新的云FPGA资源管理组件，简化云FPGA资源的管理方法，降低资源管理的复杂度；使云租户按需直接申请、部署和使用FPGA主机，无需配套申请x86等通用计算资源，是提升云FPGA管理和使用灵活性，并降低对通用x86计算资源依赖的一种可行方式。资源依赖的一种可行方式。资源依赖的一种可行方式。

【技术实现步骤摘要】
一种FPGA裸金属服务器的实现方法及系统


[0001]本专利技术涉及支持FPGA异构加速的云计算
与数据中心体系架构
，并特别涉及一种。

技术介绍

[0002]FPGA(FieldProgrammableGateArray)是一种专用硬件可编程芯片。用户可面向应用需求，自主设计专用的硬件逻辑架构并编程(配置)部署到FPGA芯片中，以便获得更好的应用处理性能。同时，因使用比传统冯
·
诺伊曼计算机体系结构更加专用且精简的硬件逻辑架构，在FPGA实现的应用专用加速器可确保较低的能耗开销，提升应用的能效比，可灵活高效地突破现有应用处理所面临的“性能墙”和“能耗墙”。
[0003]微软于2014年首次将FPGA在内部数据中心部署使用，加速其搜索引擎Web服务，引发众多互联网公司开始在数据中心内部署FPGA来加速互联网应用。随着数据中心内FPGA的部署规模不断增长，将FPGA作为一类可共享使用的公有云计算资源，供租户按需租用成为可能。亚马逊AWS于2016年首次推出可租用的FPGA计算实例，供云用户按需定制应用加速；国本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FPGA裸金属服务器的实现方法，其特征在于，包括：步骤1、构建由基板管理单元和多个与其相连的裸金属服务器构成的云服务系统，该裸金属服务器包括FPGA板卡；步骤2、为该基板管理单元构建用于启动该FPGA板卡的设备驱动层，将位于该基板管理单元操作系统内核态的设备对象暴露到用户接口，并封装为驻留在该操作系统后台运行的服务程序守护进程，以随时接收并处理上层管理软件的资源管控请求；步骤3、利用RESTful接口，将该裸金属服务器以网络URL地址的形式呈现给该基板管理单元上层的资源管理软件，并将该FPGA板卡的操作封装为该URL地址下的具体属性；步骤4、将待FPGA逻辑配置的镜像文件上传到镜像存储系统，并通过该URL地址对该裸金属服务器完成上电，上电后的该裸金属服务器从该镜像存储系统读取并执行该镜像文件以完成FPGA逻辑配置，客户端通过数据网络将计算任务及其所需数据传入该裸金属服务器，并通过网络启动该裸金属服务器上的计算部件开始运行，得到执行结果。2.如权利要求1所述的FPGA裸金属服务器的实现方法，其特征在于，该FPGA板卡为具有标准PCIe接口的FPGA板卡，该步骤4包括：该镜像文件为bitstream镜像文件，通过修改该基板管理单元上运行的管理软件，通过该URL地址对该裸金属服务器完成上电，该基板管理单元软件将该bitstream镜像文件通过PCIe设备驱动程序，配置到对应的该裸金属服务器动态区中，并将该裸金属服务器的FPGA动态区与静态区之间的管理寄存器设置为工作状态，使该裸金属服务器的FPGA板卡进入工作状态；当任务执行完毕后，客户端通过该URL地址对该裸金属服务器完成下电。3.如权利要求1所述的FPGA裸金属服务器的实现方法，其特征在于，该FPGA板卡为自定义接口设计的私有SoC
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FPGA板卡，该步骤4包括：该镜像文件为bitstream镜像文件，客户端将该bitstream镜像文件作为装机initrd上传到云计算管理平台的镜像存储系统中；通过修改该基板管理单元上运行的管理软件，为该基板管理单元管理的每一台裸金属服务器提供启动模式设置的URL；通过URL提供的POST方法，将启动模式进行设置为NETWORK网络启动；当该基板管理单元管理的该裸金属服务器对应的启动模式URL被设置为“NETWORK”字符串，该基板管理单元将修改对应该裸金属服务器节点的BIOS EEPROM；客户端对该裸金属服务器进行上电操作，该基板管理单元通过GPIO设备驱动程序，直接控制该裸金属服务器的电源管理接口，使该裸金属服务器上电；上电后的该裸金属服务器按照BIOSEEPROM设置启动，自动抓取并运行该装机initrd；根据装机initrd，将要安装的该任务文件直接写入该裸金属服务器上的存储系统；写入完成后，将启动模式修改为本地，并重启该裸金属服务器；裸金属服务器重启后，从本地裸金属服务器的存储系统中自动加载该任务文件；当任务执行完毕后，客户端通过该URL地址对该裸金属服务器完成下电。4.如权利要求1所述的FPGA裸金属服务器的实现方法，其特征在于，该计算任务为FPGA可支持的加速应用，包括深度神经网络、数据加解密和数据压缩/解压缩任务。5.一种FPGA裸金属服务器的实现系统，其特征在于，包括：
初始模块，用于构建由基板管理单元和多个与其相连的裸金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：常轶松，彭凡彰，单柳昊，张科，包云岗，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：