Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2023 - zeszyt 8

Akceleracja sprz ˛etowa metody momentów za pomoc ˛a układów FPGA

Hardware acceleration of the Method of Moments using FPGA

10.15199/48.2023.08.03

Tomasz TOPA

nr katalogowy: 144411
10.15199/48.2023.08.03

Streszczenie

W artykule omówiono mozliwo ´ ˙ sci wykorzystania układów logiki programowalnej (FPGA) do przyspieszania oblicze ´n numerycznych zwiazanych z metod ˛ a momentów (MoM), a konkretnie procesu wype ˛ łniania macierzy impedancyjnej. Wypełnianie macierzy impedancyjnej podzielono na osiem odrebnych zada ´ ˛ n czastkowych realizowanych w ramach jednego j ˛ adra obliczeniowego CPU/FPGA. Otrzymane wyniki symulacji kompute- ˛ rowej pokazuja,˛ ze zastosowane podej´ ˙ scie hybrydowe pozwala prawie trzykrotnie (2.96×) skróci´c czas analizy numerycznej obiektów przewodzacych ˛ w porównaniu do analizy prowadzonej przy uzyciu konwencj ˙ onalnej (jednordzenowej) implementacji referencyjnej.

Abstract

n this paper, an FPGA-based acceleration of the matrix assembly phase of the method of moments (MoM) is presented. To take advantages of the given hardware resources, the assembly phase of the MoM is divided into eight different sub-tasks which are performed concurrently during the runtime. Numerical results show that the proposed FPGA-based approach is about triple as fast as the reference single-core CPU implementation.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Sadiku M. N. O.: Numerical Techniques in Electromagnetics, CRC Press, 2001.
[2] Hwu S. U., Wilton D. R.: Electromagnetic Scattering and Radiation by Arbitrary Configurations of Conducting Bodies and Wires Tech. Doc. 1325, AEL, Univ. of Houston, 1988.
[3] Harrington R. F.: Field Computation by Moment Methods, Macmillan, 1968.
[4] Golub G. H., van Loan C. F.: Matrix Computations, The John Hopkins University Press, 1996.
[5] Kayton M., Fried W. R.: Avionics Navigation Systems, John Wiley & Sons, 1997.
[6] Khronos OpenCL Working Group, The OpenCL specification V3.0.12, Beaverton, 2022
[7] Intel Corporation, Intel OneAPI Math Kernel Library. Developer Reference, Santa Clara, 2021.
[8] Peng S., Nie Z.: Acceleration of the method of moments calculations by using graphics processing units, IEEE Trans. Antennas Propag., 56(7), pp. 2130-–2133, 2008.
[9] Topa T., Karwowski A., Noga A.: Using GPU with CUDA to accelerate MoM-based electromagnetic simulation of wire-grid models, IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., 10, pp. 342— 345, 2011.
[10] De Donno D., Esposito A., Monti G., Tarricone L.: Efficient acceleration of sparse MPIE/MoM with graphics processing units, Proc. of the 41st European Microw. Conf., EuMC, Manchester, UK, 2011.
[11] De Donno D., Esposito A., Monti G., Tarricone L.: MPIE/MoM acceleration with a general-purpose graphics processing unit, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 60(9), pp. 2693–2701, 2012.
[12] Lezar E., Davidson D.: GPU-based LU decomposition for large method of moments problems, Electron. Lett., 46(17), pp. 1194-–1196, 2010.
[13] Lezar E., Davidson D.: GPU-accelerated method of moments by example: monostatic scattering, IEEE Antennas Propag. Mag., 52(6), pp. 120-–135, 2010.
[14] Mu X., Zhou H.-X., Chen K., Hong W.: Higher order method of moments with a parallel out-of-core LU solver on GPU/CPU platform, IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 62(11), pp. 5634-5646, 2014.
[15] Kolundzija B., Zoric D.: Efficient evaluation of MoM matrix elements using CPU and/or GPU, European Conf. on Antennas and Propag., EuCAP, Prague, Czech Rep., pp. 702–706, 2012.
[16] Topa T.: Load balanced Fortran-based out-of-GPU memory implementation of the method of moments, IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., 16, pp. 813–816, 2017.
[17] Karwowski A., Noga A., Topa T.: An Efficient Framework for Analysis of Wire-Grid Shielding Structures over a Broad Frequency Range, Radioengineering, 25(4), pp. 629–636, 2016
[18] Topa T.: Efficient out-of-GPU memory strategies for solving matrix equation generated by method of moments, Electron. Lett., 51(19), pp. 1542–1543, 2015.
[19] Topa T.: Porting wire-grid MoM framework to reconfigurable computing technology, IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., 19(9), pp. 1630–1633, 2020.
[20] Devi A., Gandhi M., Varghese K., Gope D.: Accelerating method of moments based package-board 3D parasitic extraction using FPGA, Microw. Opt. Technol. Lett., 58(4), pp. 776–782, 2016.
[21] Hauser T., Dasu A., Sudarsanam A., Young S.: Performance of a LU decomposition on a multi-FPGA system compared to a low power commodity microprocessor system, Journal of Scalable Computing: Practice and Experience, 8(4), pp. 373–385, 2007.
[22] Matties T., Fine Licht J., Hoefler T.: FBLAS: Streaming Linear Algebra Kernels on FPGA, Int. Conf. for HPC Netw. Stor. Anal., pp. 17–22, 2019.
[23] Kestur S., Devids J. D., Williams O.: BLAS Comparison on FPGA, CPU and GPU, Proc. IEEE Comput. Soc. Annu. Symp. VLSI, pp. 288–293, 2010.
[24] Intel, Intel Stratix 10 Overview, 2022.
[25] Xilinx, Alveo Data Center Accelerator Card Platforms. User Guide, 2022.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2023-8 , nr katalogowy 144411 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2023-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	70.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2023-8

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma