Warum die klaren Domänen für Soft- und Hardware verschwimmen

Anbieter zum Thema

ISH Ingenieursozietät GmbH

Syslogic GmbH

Eurocircuits GmbH

Arrow Central Europe GmbH

Dual-Port-RAMs beschleunigen den Vorgang

Besonders die Tatsache, dass die Speicher im FPGA heutzutage stets Dual-Port-RAMs sind, trägt deutlich zur Geschwindigkeit der Hardwarelösung bei.

Denn bei einem Stack stellt sich stets die Frage, wohin der Stackpointer zeigt: Auf das erste freie Element oder auf das letzte belegte Element?

In einem Fall muss der Stackpointer nach dem Schreiben und vor dem Lesen verändert werden, im anderen Fall eben anders herum. Das Verändern des Stackpointers erzeugt aber immer bei einer der beiden Operationen (Push oder Pop) eine zeitliche Verzögerung bei der Abarbeitung der Rekursion.

Ein Dual-Port-RAM bietet hier die Möglichkeit, zwei Stackpointer als Adresse anzulegen: Einen, der für das Beschreiben auf das erste freie Element zeigt, und einen, der für das Zurücklesen auf das zuletzt beschriebene Element zeigt.

Damit ist sowohl das Pushen das gesamten aktuellen Kartenstapels auf den Stack als auch das Popen des Kartenstapels in einem Takt ohne jegliche Wartezeit möglich.

FPGA schlägt PC bei Topswops

All diese Optimierungen führen letztlich dazu, dass ein einfaches low-cost FPGA bei einer Frequenz von 100 MHz mehr Rechenpower erzeugt als ein PC.

Die Schaltung benötigt zwei bis drei Takte pro möglicher Lösung und das ergibt bei einer Taktfrequenz von 100 MHz eine Lösungsgeschwindigkeit von ca. 40 Mio. Kartenstapeln pro Sekunde.

Der Vergleich mit einem Intel-Atom-PC bei 1,6 GHz ergibt folgendes Bild (Rechenzeiten in Sekunden):

Die Ergebnisse sind dabei identisch, denn es wird der gleiche Algorithmus zur Lösungssuche verwendet.

Das FPGA schlägt den PC dabei nicht nur bei der Rechenleistung. Auch beim Leistungsverbrauch ist das FPGA dem PC überlegen.

Ein Cyclone-III-FPGA, das die beschriebe Hardware beinhaltet, verbraucht ca. 200 mW. Ein moderner Intel Atom-Prozessor mit Chipsatz und Speicher kommt bei Volllast auf ca. 20 Watt.

Sowohl von den Ressourcen her als auch vom Stromverbrauch ist das Design Topswops anspruchslos genug, dass es in das FPGA der Entwicklungsplattform BeMicro von Arrow passt.

Das Design Topswops steht auf der Arrow-Site bereit. Für den Download ist eine Registrierung erforderlich.

* * Harald Flügel ... ist Technical Marketing Manager für programmierbare Logik bei Arrow Electronics

(ID:28152470)