可编程和并行技术最近的发展趋势

在传统处理器体系结构上，这两种趋势的优势日益减小，我们开始寻找各种软件可编程器件，这些器件的发展非常快，如图1所示。重点是从运行时自动提取指令级并行处理操作，发展到在编码时明确的找到线程级并行处理操作。开始出现高度并行的多核器件，一般趋势是含有多个简单处理器，很多晶体管专门用于计算，而不是采用高速缓存，提取并行处理操作。这些器件一般包括含有2、4或者8个内核的多核CPU，以及含有数百个适用于数据并行计算的简单内核的GPU等。为能够在这些多核器件上实现高性能，编程人员必须以并行方式清晰的对实际应用进行编程。每一内核都必须分配一定的工作，这样，所有内核能够协同工作，执行某一计算。这也是FPGA设计人员在开发其高级系统体系结构时所做的工作。

考虑到多核新时代开发并行程序的需求，开发了OpenCL (开放计算语言)，以便开发跨平台并行编程标准。OpenCL标准还能够自然的描述在FPGA中实现的并行算法，其抽象级要比VHDL或者Verilog等硬件描述语言(HDL)高得多。虽然有很多高级综合工具能够实现高等级的抽象功能，但是都存在同样的基本问题。这些工具会采用连续C程序，产生并行HDL实现。在开发HDL时，困难还不是很明显，但是，提取出线程级并行处理操作在FPGA中实现以提高性能时，困难却非常大。而FPGA的并行功能非常强大，与其他器件相比，在尽可能提取并行功能时出现任何失败的后果都非常严重。OpenCL标准能够解决很多这类问题，它支持编程人员明确的设定并控制并行处理操作。与纯C语言描述的连续程序相比，OpenCL标准能够更自然的匹配FPGA的高度并行特性。

OpenCL应用程序含有两部分。OpenCL主程序是纯软件例程，以标准C/C++编写，可以运行在任何类型的微处理器上。例如，这类处理器可以是FPGA中的嵌入式软核处理器、硬核ARM处理器或者外置x86处理器。

在这一主软件例程执行期间的某一点，某一功能有可能需要进行大量的计算，这就可以受益于并行器件的高度并行加速功能，例如CPU、GPU、FPGA等器件。要加速的功能被称为OpenCL内核。采用标准C编写这些内核；但是，采用结构对其进行注释，以设定并行处理操作和存储器等级。图2中的例子对两个数组a和b进行矢量加法，将结果写回输出数组应答中。矢量的每一元素都采用了并行线程，当采用像FPGA这类具有大量精细粒度并行单元的器件进行加速时，能够很快的计算出结果。主程序使用标准OpenCL API，支持将数据传送至FPGA，调用FPGA内核，传回得到的数据。