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PoCo: Extending Task-Parallel HLS Programming with Shared Multi-Producer Multi-Consumer Buffer Support

delete2025-12-01
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PRE
AI
A
Akhil Raj Baranwal
Z
Zhenman Fang *
DOI:10.1145/3771938delete
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摘要

摘要

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高阶综合(HLS)工具的进展已在FPGA上实现了任务级并行。然而,现有框架主要采用单生产者-单消费者(SPSC)模型进行任务通信,从而限制了应用场景。随着任务并行系统中任务数量的增加,设计分析变得复杂。为现有设计添加功能通常需要对多个任务接口重新进行性能分析,重新设计整体任务间连接,并描述新的布局规划。本文提出PoCo,一种用于设计可扩展多生产者-多消费者(MPMC)任务并行系统的新型框架。PoCo引入了共享缓冲区抽象,便于动态和高带宽访问片上内存资源,并整合了不敏感延迟的通信机制,以及实施感知布局的设计策略以缓解布线拥塞。前端提供了方便的API来访问缓冲区内存,而后端具有优化的流水线数据通路。实证评估表明,PoCo在SPSC模型上实现了高达50%的片上内存利用率降低,且无性能下降。此外,三个针对不同实际应用案例的研究揭示了高达1.5倍频率提升,并在异构FPGA加速器设计中简化了数据流管理。
Keyword:
Multi-producer multi-consumer
buffer optimization
floorplan optimization
multi-die FPGA
high-level synthesis

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