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Enregistrement W4210859512 · doi:10.1145/3517131

Demystifying the Soft and Hardened Memory Systems of Modern FPGAs for Software Programmers through Microbenchmarking

2022· article· en· W4210859512 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.

Notice bibliographique

RevueACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueParallel Computing and Optimization Techniques
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceField-programmable gate arrayEmbedded systemSoftwareReconfigurable computingOperating systemComputer architecture

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Both modern datacenter and embedded Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) provide great opportunities for high-performance and high-energy-efficiency computing. With the growing public availability of FPGAs from major cloud service providers such as AWS, Alibaba, and Nimbix, as well as uniform hardware accelerator development tools (such as Xilinx Vitis and Intel oneAPI) for software programmers, hardware and software developers can now easily access FPGA platforms. However, it is nontrivial to develop efficient FPGA accelerators, especially for software programmers who use high-level synthesis (HLS). The major goal of this article is to figure out how to efficiently access the memory system of modern datacenter and embedded FPGAs in HLS-based accelerator designs. This is especially important for memory-bound applications; for example, a naive accelerator design only utilizes less than 5% of the available off-chip memory bandwidth. To achieve our goal, we first identify a comprehensive set of factors that affect the memory bandwidth, including (1) the clock frequency of the accelerator design, (2) the number of concurrent memory access ports, (3) the data width of each port, (4) the maximum burst access length for each port, and (5) the size of consecutive data accesses. Then, we carefully design a set of HLS-based microbenchmarks to quantitatively evaluate the performance of the memory systems of datacenter FPGAs (Xilinx Alveo U200 and U280) and embedded FPGA (Xilinx ZCU104) when changing those affecting factors, and we provide insights into efficient memory access in HLS-based accelerator designs. Comparing between the typically used soft and hardened memory systems, respectively, found on datacenter and embedded FPGAs, we further summarize their unique features and discuss the effective approaches to leverage these systems. To demonstrate the usefulness of our insights, we also conduct two case studies to accelerate the widely used K-nearest neighbors (KNN) and sparse matrix-vector multiplication (SpMV) algorithms on datacenter FPGAs with a soft (and thus more flexible) memory system. Compared to the baseline designs, optimized designs leveraging our insights achieve about \( 3.5\times \) and \( 8.5\times \) speedups for the KNN and SpMV accelerators. Our final optimized KNN and SpMV designs on a Xilinx Alveo U200 FPGA fully utilize its off-chip memory bandwidth, and achieve about \( 5.6\times \) and \( 3.4\times \) speedups over the 24-core CPU implementations.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,959
Score d'incertitude au seuil0,916

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,028
Tête enseignante GPT0,253
Écart entre enseignants0,225 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle