基于高密度FPGA服务器的实验平台建设

实验科学与技术 ›› 2026, Vol. 24 ›› Issue (5) : 7 -12.

基于高密度FPGA服务器的实验平台建设

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摘要

针对采用传统现场可编程门阵列（field programmable gate array, FPGA）实验设备的硬件实验教学中存在的设备资源受限、维护成本高及实验模式僵化等问题，该文提出基于高密度FPGA服务器集群的在线实践教学平台建设方案。该平台通过将数据采集模块集成到FPGA芯片内部，实现了单机架式服务器28块开发板的高密度集成，构建了支持多用户并发访问的云端实验环境。基于此平台，该文采用自顶向下的实验案例设计方法对计算机组成原理课程的实验案例进行了重新设计，并建立了基于黑盒测试的自动化评测体系。实验教学应用表明，该平台可支撑239名学生同步开展计算机组成原理全系列实验，设备复用率可提升至4:1。该方案形成了“硬件资源虚拟化、实验操作云端化、评测反馈实时化”三位一体的新型教学模式，打破了传统硬件实验对物理时空的刚性约束，实现FPGA实验的泛在化自主实践。