在異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)上進(jìn)行的并行計(jì)算通常稱為異構(gòu)計(jì)算,。異構(gòu)計(jì)算技術(shù)從80年代中期產(chǎn)生,，由于它能經(jīng)濟(jì)有效地獲取高性能計(jì)算能力、可擴(kuò)展性好,、計(jì)算資源利用率高,、發(fā)展?jié)摿薮螅壳耙殉蔀椴⑿?分布計(jì)算領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一,。

    目前,，異構(gòu)計(jì)算在學(xué)術(shù)界與工程界獲得了廣泛關(guān)注，為了滿足廣大讀者與會(huì)員的學(xué)習(xí)需求,，電子技術(shù)應(yīng)用編輯部特于2015年9月12日,，舉辦了主題為“基于OpenCL環(huán)境的FPGA與GPU高效計(jì)算方法” 的技術(shù)交流活動(dòng)，本期Tech-Workshop圍繞異構(gòu)計(jì)算在OpenCL,、FPGA方面的最新進(jìn)展展開,。

開啟異構(gòu)計(jì)算的新一片藍(lán)海

    來(lái)自北京科技大學(xué)計(jì)算機(jī)系李建江指出，異構(gòu)計(jì)算近年來(lái)得到更多關(guān)注,，主要是因?yàn)橥ㄟ^(guò)提升CPU時(shí)鐘頻率和內(nèi)核數(shù)量而提高計(jì)算能力的傳統(tǒng)方式遇到了散熱和能耗瓶頸,。而與此同時(shí)，GPU等專用計(jì)算單元雖然工作頻率較低,，具有更多的內(nèi)核數(shù)和并行計(jì)算能力,，總體性能-芯片面積比和性能-功耗比都很高，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有得到充分利用,。

    目前異構(gòu)并行計(jì)算向著以下幾個(gè)方向發(fā)展：（1）集群計(jì)算,。這是傳統(tǒng)高性能計(jì)算的領(lǐng)域。但是今天高性能計(jì)算已經(jīng)演變成了異構(gòu)并行計(jì)算的一部分,，越來(lái)越多的高性能計(jì)算集群使用GPU,、MIC、FPGA等,。

（2）單機(jī)計(jì)算,。推動(dòng)單機(jī)計(jì)算向異構(gòu)并行計(jì)算發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ怯螒?、?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等，而主要表現(xiàn)是GPU+CPU的異構(gòu)計(jì)算,。（3）移動(dòng)計(jì)算,。近幾年發(fā)展表明，人們對(duì)手機(jī)的需求比對(duì)PC的需求更大,。目前幾乎所有的移動(dòng)芯片解決方案都是異構(gòu)的,，除了有CPU、GPU之外,，還有視頻編解碼單元,、音頻處理單元。傾向于把更多工作內(nèi)容轉(zhuǎn)移到手機(jī)上,，但是為了保證續(xù)航時(shí)間,，移動(dòng)處理器的設(shè)計(jì)一開始就不是以高性能為目標(biāo)，這使得要在移動(dòng)處理器上獲取高性能是比較困難的,。（4）嵌入式計(jì)算,。在一些惡劣工作環(huán)境下，只有DSP和FPGA能夠滿足要求,。

基于FPGA的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)

    據(jù)電子科技大學(xué)黃樂(lè)天指出,，F(xiàn)PGA因其強(qiáng)大的運(yùn)算能力成為了眾多高性能應(yīng)用的最佳選擇,但其傳統(tǒng)的開發(fā)方法存在門檻高、周期長(zhǎng)等眾多不足,。OpenCL作為跨平臺(tái)的開發(fā)語(yǔ)言,為FPGA提供了一種全新的開發(fā)方法.此方法開發(fā)周期短,、抽象層次高、可移植性強(qiáng),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)開發(fā)方式的不足,。

    黃樂(lè)天表示,，以華爾街各大銀行為代表的金融公司和谷歌、百度,、騰訊等為代表互聯(lián)網(wǎng)公司均已開始構(gòu)建以基于FPGA并采用OpenCL為開發(fā)手段的新型高能效異構(gòu)計(jì)算平臺(tái),。基于FPGA的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)方案相比于其它競(jìng)爭(zhēng)方案具備更高的能量利用效率,，有望成為未來(lái)構(gòu)建高性能計(jì)算平臺(tái)的主流方案,。

OpenCL與異構(gòu)計(jì)算

    AMD（中國(guó)）異構(gòu)計(jì)算技術(shù)總監(jiān)楚含進(jìn)從處理器的演進(jìn)著眼，通過(guò)詳盡得分析,，得出一個(gè)結(jié)論,，即基于統(tǒng)一編程模型的異構(gòu)系統(tǒng)(HSA)會(huì)改變SOC的設(shè)計(jì)。而OpenCL作為GPU編程語(yǔ)言的重要選擇之一,，具 有多個(gè)優(yōu)勢(shì),，比如可適用于多種設(shè)備平臺(tái)（CPU、GPU、MIC等）,；性能良好,；與底層語(yǔ)言相比更易于理解等，是搭建異構(gòu)系統(tǒng)的最佳選擇,。

    楚含進(jìn)還指出,，人工智能的興起為異構(gòu)架構(gòu)計(jì)算處理大數(shù)據(jù)帶來(lái)契機(jī)。從虛擬現(xiàn)實(shí)到現(xiàn)實(shí)生活,，利用人工智能算法處理互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)是一個(gè)不可避免要解決的問(wèn)題,。而這就要求系統(tǒng)具有強(qiáng)大的并行計(jì)算能力和內(nèi)存吞吐量。所以,，在傳統(tǒng)高性能計(jì)算領(lǐng)域,，越來(lái)越多的對(duì)于性能有很高要求的開發(fā)人員選擇了OpenCL開完成他們的設(shè)計(jì)。而AMD通過(guò)異構(gòu)開發(fā)技術(shù)社區(qū)（http://hc.csdn.net）,、技術(shù)沙龍,、培訓(xùn)以及與高校合作等多種方式，積極推動(dòng)異構(gòu)計(jì)算與OpenCL在中國(guó)的發(fā)展與普及,。