A workflow for offering hardware accelerators as a cloud computing service: Implementation and evaluation
Donanım hızlandırıcılarının bulut bilişim servisi olarak sunulması için bir iş akışı: Gerçekleştirim ve değerlendirme
- Tez No: 720524
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞENAN ECE SCHMİDT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar donanımları, Bulut bilişim, FPGA, Hızlandırıcılar, Yeniden yapılanma, Hardware, Cloud computing, FPGA, Accelerators, Restructuring
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bulut bilişim ve donanım hızlandırıcıları, bilgi teknolojileri ve bilgisayar alanındaki iki paradigma değişikliğidir. Bu kapsamda, bu tez, kullanıcılara heterojen bir bulut veri merkezinde bilgi işlem kaynakları olarak FPGA üzerinde gerçeklenen donanım hızlandırıcılarını sunmak için bir iş akışı önermektedir. Bu amaçla FPGA kaynaklarının yeniden yapılandırılabilir bölgeler (RR'ler) olarak sanallaştırılmasını gerçekleştiriyor ve bu kaynakları açık kaynaklı bir bulut kaynak yönetim platformu olan OpenStack üzerinden sağlıyoruz. İş akışımız, işlemcili SoC FPGA platformları için tasarlanmıştır. SoC işlemcisindeki OpenStack modülü, diğer OpenStack modülleriyle çalışan bir gömülü yazılımdır. Kullanıcı tarafından seçilen bir hızlandırıcı imajı OpenStack üzerinden RR üzerine yazılabilir. Mimarimizdeki FPGA platformu, 40 Gbps Ethernet IP Çekirdekleri ve RR'lerin birbirleriyle, SoC işlemcisi ve 40 Gbps Ethernet ile iletişimini sağlayan bir çip üzerinde anahtar içerir. Bu amaçla aynı FPGA üzerinde dağıtık hızlandırıcı uygulamaları gerçekleştirilebilir ve kullanıcılardan alınan veriler işlenerek kullanıcıya geri iletilebilir. Hızlandırıcılar ve CPU yazılımı arasındaki veri alışverişini tanımlayan OpenCL tabanlı hızlandırıcı gerçekleştirmeyi araştırıyoruz. Ayrıca, hızlandırıcıların daha özel bir tasarım akışında kabuk tasarımlarıyla birlikte bağımsız IP çekirdekleri olarak uygulanmasını gösteriyoruz. Tüm iş akışını Xilinx ZC706 kartında uyguluyoruz. Tez çalışması boyunca işlevsel doğruluk ve performans deneyleri yapılmıştır. Deneyler, bulut veri merkezi çalışmasına uygun olarak Ethernet arayüzünün başarıma etkilerini de kapsamaktadır.
Özet (Çeviri)
Cloud computing and hardware accelerators are two paradigm changes in the field of information technologies and computers. Accordingly, this thesis proposes a workflow for offering users hardware accelerators implemented on FPGA as computing resources in a heterogeneous cloud data center. To this end, we perform the virtualization of FPGA resources as reconfigurable regions (RRs) and provide these resources through OpenStack, an open-source cloud resource management platform. Our workflow is designed for SoC FPGA platforms with a processor. The OpenStack module in the SoC processor is implemented as embedded software that works with other OpenStack modules. An accelerator image selected by the user can be written on the RR through OpenStack. The FPGA platform in our architecture features 40 Gbps Ethernet IP Cores and an on-chip switch that enables the communication of the RRs with each other, the SoC processor and the 40 Gbps Ethernet. To this end, distributed accelerator implementations can be realized on the same FPGA, and data received from the users can be processed and delivered back to the user. We explore OpenCL-based accelerator realization, which defines the data exchange between the accelerators and the CPU software. Furthermore, we demonstrate the implementation of the accelerators as stand-alone IP cores together with their wrappers in a more custom design flow. We implement the entire workflow on the Xilinx ZC706 board. The functional correctness and performance experiments are conducted throughout the thesis work. The experiments cover the effects of the Ethernet interface on the performance in accordance with the cloud data center operation.
Benzer Tezler
- Hardware implementation of the post-quantum cryptography algorithm falcon
Kuantum sonrası kriptografi algoritması falcon'un donanım gerçeklemesi
YASİN YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- Enhancıng aırcraft avıonıcs safety: Integratıng stpa wıth arp 4761 analysıs
Aviyonik emniyetinin geliştirilmesi: Stpa ve arp 4761 analizlerinin entegrasyonu
ŞÜKRÜ CAN SULAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TURAN SÖYLEMEZ
- Oyun motorlarının mimarı tasarım ve temsil süreçlerinde değerlendirilmesi
Evaluation of game engines in architectural design and representation processes
OSMAN SÜMER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE ÖZKAR KABAKÇIOĞLU
- Esnek üretim sistemleri
Flexible manufacturing systems
ARMAĞAN EROL ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÖNÜL YENERSOY
- Developing a real-time monitoring system that analyzes cell morphology and detects proliferation by image processing and inform the researcher for the appropriate intervention in cell culture
Hücre kültüründe görüntü işlemeyle hücre morfolojisini analiz eden ve proliferasyonu tespit eden ve araştırmacıyı uygun müdahale için bilgilendiren gerçek zamanlı takip sistemi geliştirilmesi
TOLGA OVAYURT
Doktora
İngilizce
2025
Biyoteknolojiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞEN