工程師分享：基于FPGA的GPU原型優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　安迪•喬力是一名高級應(yīng)用程序顧問——該程序即Synopsys全球產(chǎn)品線領(lǐng)導(dǎo)品牌，基于FPGA的原型設(shè)計(jì)。安迪已從事FPGA技術(shù)研發(fā)25年多。最近，他又開始向客戶提供支持，支持他們建立在Synopsys HAPS平臺上的復(fù)雜CPU SoC和GPU IP原型設(shè)計(jì)需求，并同時(shí)在全球范圍內(nèi)對嵌入在用戶程序中相同SoC和GPU IP的開發(fā)提供支持。

　　PowerVR Rogue GPU的建立基于效率市場領(lǐng)先的原則，這使過去幾代圖像處理器的性能得以顯著提高。為了獲得高性能，GPU架構(gòu)利用強(qiáng)大的并行處理能力來處理高要求的圖像和計(jì)算任務(wù)。為獲得高性能而配置GPU IP時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨的是多重的挑戰(zhàn)。他們需將復(fù)雜、高門數(shù)的設(shè)計(jì)融入單一FPGA有限的空間里?？紤]到Series6、Series6XE 和Series6XT系列的可擴(kuò)展性（從半個(gè)到八個(gè)集群），在嘗試測試這些復(fù)雜設(shè)備時(shí)卻面臨著更多的挑戰(zhàn)。

　　PowerVR Series6XT GPU的規(guī)模是從兩個(gè)集群到八個(gè)集群。由于其它選擇（即制造測試芯片）的過程變得越來越昂貴且耗時(shí)，Synopsys和Imagination便合作打造更具活力基于FPGA的原型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。由此，使用多個(gè)FPGA甚至是最大的PowerVR GPU建模的新型優(yōu)化流程便得以問世。下述將具體展示獲得這一建樹的經(jīng)歷。

　　GPU原型設(shè)計(jì)需求

　　Synopsys所做的第一步是啟動一個(gè)概念驗(yàn)證項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目為Imagination的PowerVR Series6 GPU展示了基于FPGA的原型設(shè)計(jì)。原型設(shè)計(jì)環(huán)境包括一個(gè)獨(dú)立回歸測試的頂層測試架構(gòu)。試架構(gòu)通過PCIe端口和使用DDR3存儲接口的存儲測試激勵和結(jié)果連接至PC主機(jī)。這使得測試團(tuán)隊(duì)得以控制和分析GPU，并通過Universal Multi-Resource BUS （UMRBus）對系統(tǒng)進(jìn)行配置且從PC主機(jī)訪問測試和結(jié)果數(shù)據(jù)。

　　支持回歸測試的頂層測試架構(gòu)

　　團(tuán)隊(duì)為包含多重FPGA的Synopsys HAPS-70 S48原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)行手動的設(shè)計(jì)區(qū)分，獲得了幾個(gè)MHz的時(shí)鐘速度。在該系統(tǒng)上將實(shí)施7000個(gè)回歸測試——所有測試都不需要測試芯片。我們不僅僅區(qū)分衍生設(shè)計(jì)（甚至比Series6 GPU更大的設(shè)備），還創(chuàng)建了額外的測試邏輯和充足的性能，以支持視頻輸出。這可通過使用ProtoCompiler完成。ProtoCompiler是Synopsys第二代FPGA自動化區(qū)分工具。ProtoCompiler旨在將啟動所需的時(shí)間和工作量最小化，再為IP驗(yàn)證和軟件開發(fā)部署Synopsys HAPS系列系統(tǒng)。它結(jié)合了自動化特性，用于設(shè)計(jì)規(guī)劃、邏輯綜合、調(diào)試和連接到其它驗(yàn)證環(huán)境如Synopsys VCS和ZeBu。原型軟件與HAPS系列緊密結(jié)合，以提供系統(tǒng)性能。

　　PowerVR Series6和Series6XT原型的成功意味著Imagination設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在將新型GPU引入市場時(shí)很少依賴測試芯片的使用。對原型的早期訪問可確保系統(tǒng)驗(yàn)證、早期的軟件開發(fā)并簡化軟硬件集成。

　　Synopsys HAPS-70中的PowerVR Series6 GPU

　　利用原型平臺最終獲得12 MHz性能使Imagination得以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)執(zhí)行數(shù)千個(gè)測試，并為平臺提供早期的軟件開發(fā)。此外，HAPS系統(tǒng)支持視頻輸出可允許實(shí)時(shí)、工作的I/O對圖像處理的正確性和質(zhì)量進(jìn)行檢查。