基于FPGA的硬件加速设计在云计算中的应用

摘要

针对云计算平台在机器学习推理、视频处理等场景中因虚拟化开销、多租户资源争用、内存墙与能耗约束而导致的性能瓶颈，本文提出一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的硬件加速设计技术。该技术通过建立硬件适配度评估模型、优化基于数据流模型的内存带宽、协同设计能效与隔离机制，并结合中央处理器（CPU）与FPGA的动态异构调度，实现了在线部分重配置与高效数据交换。案例分析结果表明，在云端视频转码这一典型应用中，本文方案相比纯CPU方案将平均延迟降低68%，吞吐量提升超过210%、虚拟化开销下降75%、能效比提升近3倍，有效缓解了云平台的关键性能瓶颈。

关键词

云计算 / FPGA / 硬件加速设计