مجموعة بوابات قابلة للبرمجة ميدانيًا
مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA) عبارة عن جهاز أشباه موصلات يعتمد على مصفوفة من الكتل المنطقية القابلة للتكوين (CLBs) المتصلة بواسطة وصلات قابلة للبرمجة.يمكن إعادة برمجته بعد التصنيع بناءً على التطبيق المطلوب أو المتطلبات الوظيفية. تُعد وحدات FPGA تقنية قابلة للتطبيق في الحوسبة عالية الأداء (HPC) نظرًا لإمكانية تخصيصها ومعالجتها المتوازية وزمن الوصول المنخفض.
مزايا وحدات FPGA في الحوسبة عالية الأداء
- تحسين الأداء:يمكن لـ FPGAs تحسين الأداء بشكل كبير عن طريق تفريغ المهام التي تتطلب عمليات حسابية مكثفة من المعالجات التقليدية. إن قدرات المعالجة المتوازية التي توفرها قادرة على تنفيذ خوارزميات معقدة بسرعات عالية للغاية، متجاوزة أداء وحدات المعالجة المركزية التقليدية.
- توفير الطاقة:تتمتع وحدات FPGA بكفاءة عالية في استخدام الطاقة مقارنة بوحدات المعالجة المركزية أو وحدات معالجة الرسومات. على عكس وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات، والتي تم تصميمها كمعالجات للأغراض العامة قادرة على تشغيل مجموعة واسعة من التطبيقات، يمكن برمجة FPGAs لتنفيذ وظائف أو خوارزميات محددة مباشرة في الأجهزة. وهذا يعني أنه يمكن تحسين وحدات FPGA لأداء مهام محددة ويمكنها تنفيذ هذه المهام بكفاءة أكبر من المعالجات العامة.
- تقليل زمن الوصول:يمكن لـ FPGAs التخلص من عمليات نقل البيانات بين المكونات المختلفة، مما يقلل بشكل كبير من زمن معالجة البيانات. من خلال الاستفادة من تسريع FPGA وتنفيذ المهام مباشرة على أجهزة FPGA، يمكن تقليل زمن الوصول إلى أدنى حد، مما يتيح المعالجة في الوقت الفعلي للتطبيقات الحساسة للوقت.
تطبيقات FPGA في الحوسبة عالية الأداء
يتم نشر FPGAs في تطبيقات HPC المختلفة بشكل أساسي بسبب قدرتها على التكيف وتنوعها. مع استمرار تقدم تقنية FPGA، ستستمر أهميتها في الحوسبة عالية الأداء في النمو، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر المجالات التالية:
- التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي:يمكن الآن استخدام FPGAs كأدوات لتصميم التطبيقات القائمة على الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. نظرًا لأن FPGAs يمكنها إدارة الحسابات المعقدة بالتوازي، فيمكنها تشغيل نماذج الشبكة العصبية بشكل أسرع وأكثر كفاءة. من خلال تفويض بعض المهام إلى FPGAs، يمكن لأنظمة الحوسبة عالية الأداء تنفيذ نماذج التعلم الآلي بشكل أسرع واستخدام طاقة أقل. وهذا يجعل FPGAs خيارًا مثاليًا للتطبيقات العملية. يمكن لـ FPGAs معالجة كميات هائلة من البيانات بسرعة وتسهيل التشغيل الفعال لتطبيقات الذكاء الاصطناعي المختلفة.
- النمذجة المالية:في عالم التمويل سريع الخطى، يتطلب تحليل البيانات في الوقت الفعلي وتحليل المخاطر والتداول الخوارزمي قدرات معالجة عالية السرعة. تتيح وحدات FPGA للمتداولين والمحللين الماليين تنفيذ النماذج والمحاكاة المالية مع زمن انتقال منخفض، مما يسمح لهم باتخاذ القرارات بشكل أسرع وأكثر دقة.
- معالجة الفيديو والصور:إن المعالجة الفعالة للبيانات المرئية أمر بالغ الأهمية في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من أنظمة المراقبة إلى التصوير الطبي إلى الوسائط المتعددة والترفيه. إن البنية المتوازية لوحدات FPGA تجعلها ممتازة في معالجة الصور ومقاطع الفيديو. تتيح تحليلات الفيديو في الوقت الفعلي المستندة إلى FPGA، واكتشاف الكائنات، والتعرف على الصور، وتسريع خوارزمية الرؤية الحاسوبية إجراء تحليل سريع واتخاذ القرار في حالات الطوارئ.
مستقبل وحدات FPGA في الحوسبة عالية الأداء
تتمتع وحدات FPGA بالقدرة على تحويل الحوسبة عالية الأداء من خلال معالجة البيانات الضخمة بكفاءة وتحسين التعلم الآلي وتطوير البحث العلمي وزيادة أداء تطبيقات الذكاء الاصطناعي. توفر وحدات FPGA أيضًا تحسينات كبيرة لتطبيقات الذكاء الاصطناعي، والتي أصبحت بشكل متزايد جزءًا لا يتجزأ من العديد من حالات استخدام الحوسبة عالية الأداء. إن قدرتها على تسريع مهام التفكير بالذكاء الاصطناعي مثل تحليل الصور في الوقت الفعلي وفهم اللغة الطبيعية واتخاذ القرار أمر بالغ الأهمية في مجالات مثل السيارات ذاتية القيادة والتشخيص الطبي والروبوتات. تواجه وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات التقليدية صعوبة في مطابقة مرونة وأداء وحدات FPGA. بشكل عام، تتمتع FPGAs بمستقبل مشرق في مجال الحوسبة عالية الأداء. مع استمرار زيادة قوة وكفاءة وسهولة برمجة FPGAs، فمن المرجح أن تصبح مكونًا أكثر أهمية في مشهد الحوسبة عالية الأداء.
مراجع
【1】https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga/what-is-an-fpga.html