A workflow for offering hardware accelerators as a cloud computing service: Implementation and evaluation

ANIL TIRLIOĞLU

A workflow for offering hardware accelerators as a cloud computing service: Implementation and evaluation

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK VE ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: ANIL TIRLIOĞLU

Danışman: ŞENAN ECE SCHMİDT

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

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.