Compiler-driven FPGA virtualization with SYNERGY
Compiler-driven FPGA virtualization with SYNERGY
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使用 SYNERGY 进行编译器驱动的 FPGA 虚拟化
DOI：
10.1145/3445814.3446755
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Schkufza, Eric
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Landgraf, Joshua;Yang, Tiffany;Lin, Will;Rossbach, Christopher J.;Schkufza, Eric
现场可编程门阵列在现代应用中越来越常见，云提供商现在支持数据中心的按需现场可编程门阵列加速。数据中心中的应用程序在虚拟基础设施上运行，其中整合、多租户和工作负载迁移实现了对提供商业务至关重要的规模经济。然而，对现场可编程门阵列进行虚拟化的总体战略尚未出现。虽然制造商正在为基于硬件的方法而苦苦挣扎，但我们提出了一个基于编译器/运行时的解决方案，称为Synergy。我们给出了一种Verilog程序的编译器转换，它根据原始程序的语义生成能够在亚时钟节拍粒度上将控制权交给软件的代码。Synergy利用这一特性在目前可用的硬件上高效地支持核心虚拟化原语：挂起和恢复、程序迁移以及空间/时间多路复用。我们使用Synergy在Amazon F1上对Altera SoC和Xilinx FGA群集中的FPGA工作负载进行虚拟化。这些工作负载不需要修改，在非虚拟化性能的3-4倍范围内运行，−交换矩阵利用率略有提高。
FPGAs are increasingly common in modern applications, and cloud providers now support on-demand FPGA acceleration in data centers. Applications in data centers run on virtual infrastructure, where consolidation, multi-tenancy, and workload migration enable economies of scale that are fundamental to the provider’s business. However, a general strategy for virtualizing FPGAs has yet to emerge. While manufacturers struggle with hardware-based approaches, we propose a compiler/runtime-based solution called Synergy. We show a compiler transformation for Verilog programs that produces code able to yield control to software atsub-clock-tickgranularity according to the semantics of the original program. Synergy uses this property to efficiently support core virtualization primitives: suspend and resume, program migration, and spatial/temporal multiplexing, on hardware which is availabletoday. We use Synergy to virtualize FPGA workloads across a cluster of Altera SoCs and Xilinx FPGAs on Amazon F1. The workloads require no modification, run within 3−4× of unvirtualized performance, and incur a modest increase in FPGA fabric utilization.
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