FSHMEM：在 FPGA 上支持分区全局地址空间的大规模硬件加速基础设施

通过提供具有全局共享内存空间的高效单边通信，分区全局地址空间（PGAS）已成为高性能计算（HPC）中最有前景的并行计算模型之一。同时，凭借定制计算与设计灵活性的优势，FPGA 正作为 HPC 系统的替代计算平台受到关注。然而，与传统的消息传递接口不同，PGAS 在 FPGA 上的探索尚未开展。本文提出 FSHMEM，一个在 FPGA 上实现 PGAS 编程模型的软件/硬件框架。我们在 FPGA 上实现 GASNet 规范的核心功能以在硬件层面原生集成 PGAS，同时其编程接口设计得与遗留软件高度兼容。我们的实验表明，FSHMEM 达到 3813 MB/s 的峰值带宽，超过理论最大值的 95%，比先前工作高出 9.5$\times$。其远程写与读操作延迟分别为 0.35$us$ 与 0.59$us$。最后，我们在集成英特尔深度学习加速器的两个英特尔 D5005 FPGA 节点上进行了案例研究。由 FSHMEM 编程的双节点系统对矩阵乘法与卷积操作分别实现 1.94$\times$ 与 1.98$\times$ 加速，展示了其在 HPC 基础设施上的可扩展潜力。