CPU と FPGA (インテル® Arria® 10 GX) の相互作用を解析する

この記事は、インテル® デベロッパー・ゾーンに公開されている『Intel® VTune™ Profiler Performance Analysis Cookbook』の「Analyzing CPU and FPGA (Intel® Arria® 10 GX) Interaction」日本語参考訳です。原文は更新される可能性があります。原文と翻訳文の内容が異なる場合は原文を優先してください。

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このレシピは、インテル® Arria® 10 GX FPGA を例として、CPU と FPGA の相互作用を解析するためプラットフォームを設定する方法を説明します。

コンテンツ・エキスパート: JONG IL P. (英語)、Vitaly Slobodskoy (英語)

• 使用するもの
• 手順:
  1. インテル® Arria® 10 GX FPGA とインテル® FPGA SDK for OpenCL* を設定する
  2. サンプル・アプリケーションをビルドして FPGA へフラッシュする
  3. CPU/FPGA 相互作用解析を実行する
  4. 結果を解釈する

使用するもの

以下は、パフォーマンス解析シナリオで使用するハードウェアとソフトウェアのリストです。

• アプリケーション: 行列乗算 OpenCL* アプリケーション。行列乗算サンプル・アプリケーションは、インテル® FPGA SDK for OpenCL* ウェブサイトからダウンロードできます。
• ツール: インテル® FPGA SDK for OpenCL*、インテル® VTune™ Amplifier 2019 以降

  注

  • インテル® VTune™ プロファイラー評価版のダウンロードと製品サポートについては、https://www.isus.jp/intel-vtune-amplifier-xe/ を参照してください。
  • このクックブックのレシピはすべてスケーラブルであり、インテル® VTune™ Amplifier 2018 以降に適用できます。バージョンにより設定がわずかに異なることがあります。
  • ベータ版インテル® oneAPI ベース・ツールキット向けのバージョンから、インテル® VTune™ Amplifier の名称がインテル® VTune™ プロファイラーに変わりました。引き続き、インテル® Parallel Studio XE またはインテル® System Studio のコンポーネントとして、あるいはスタンドアロン版のインテル® VTune™ プロファイラーをご利用いただけます。
• オペレーティング・システム: CentOS* 7、Red Hat* Enterprise Linux* 7 以降
• CPU: インテル® サーバー・プラットフォーム (開発コード名 Skylake)
• FPGA: インテル® Arria® 10 GX

インテル® Arria® 10 GX FPGA とインテル® FPGA SDK for OpenCL* を設定する

1. インテル® Arria® 10 GX FPGA で DIP スイッチを設定して、電源と USB ケーブルを接続します。詳細な手順 (英語) をご覧ください。
2. インテル® FPGA SDK for OpenCL* (コードビルダー、インテル® Quartus® Prime ソフトウェア、デバイスを含む) を http://fpgasoftware.intel.com/opencl/ (英語) からダウンロードします。
3. setup_pro.sh ファイルを実行して SDK をインストールします。
4. source init_opencl.sh を実行して適切な環境変数を設定します。
5. aocl version を実行して正しくインストールされたことを確認します。次のようなメッセージが出力されます。

   aocl 17.1.0.240 (Intel(R) FPGA SDK for OpenCL(TM), Version 17.1.0 Build 240, Copyright (C) 2017 Intel Corporation)

6. aocl install を実行して FPGA ボードをインストールします。
7. aocl diagnose を実行してハードウェアが正しくインストールされたことを確認します。次のようなメッセージが出力されます。

Device Name:
acl0

Package Pat:
/home/tce/intelFPGA_pro/17.1/hld/board/a10_ref

Vendor: Intel(R) Corporation

Phys Dev Name  Status   Information

acla10_ref0   Passed   Arria 10 Reference Platform (acla10_ref0)
                        PCIe dev_id = 2494, bus:slot.func = 44:00.00, Gen3 x4
                        FPGA temperature = 44.3555 degrees C.

DIAGNOSTIC_PASSED

サンプル・アプリケーションをビルドして FPGA へフラッシュする

1. デフォルトの makefile で make を実行してホストの実行ファイルをビルドします。生成される実行ファイルの名前は host です。
2. 次のコマンドで FPGA 向けのバイナリーをビルドします。

   aoc -v -board=a10gx device/matrix_mult.cl -o bin/ matrix_mult.aocx

3. フラッシュの USB ドライバーを設定します。
   1. 次のコマンドを実行します。

      sudo vim /etc/udev/rules.d/51-usbblaster.rules

   2. 次の行を追加します。

      # usb blaster
      SUBSYSTEM=="usb", ENV{DEVTYPE}=="usb_device", ATTRS{idVendor}=="09fb", ATTRS{idProduct}=="6001", MODE="0666", NAME="bus/usb/$env{BUSNUM}/$env{DEVNUM}", RUN+="/bin/chmod 0666 %c"
      SUBSYSTEM=="usb", ENV{DEVTYPE}=="usb_device", ATTRS{idVendor}=="09fb", ATTRS{idProduct}=="6002", MODE="0666", NAME="bus/usb/$env{BUSNUM}/$env{DEVNUM}", RUN+="/bin/chmod 0666 %c"
      SUBSYSTEM=="usb", ENV{DEVTYPE}=="usb_device", ATTRS{idVendor}=="09fb", ATTRS{idProduct}=="6003", MODE="0666", NAME="bus/usb/$env{BUSNUM}/$env{DEVNUM}", RUN+="/bin/chmod 0666 %c"
      SUBSYSTEM=="usb", ENV{DEVTYPE}=="usb_device", ATTRS{idVendor}=="09fb", ATTRS{idProduct}=="6010", MODE="0666", NAME="bus/usb/$env{BUSNUM}/$env{DEVNUM}", RUN+="/bin/chmod 0666 %c"
      SUBSYSTEM=="usb", ENV{DEVTYPE}=="usb_device", ATTRS{idVendor}=="09fb", ATTRS{idProduct}=="6810", MODE="0666", NAME="bus/usb/$env{BUSNUM}/$env{DEVNUM}", RUN+="/bin/chmod 0666 %c"

4. 次のコマンドで JTAG のクロック速度を 6MHz に設定します。

   jtagconfig --setparam 1 JtagClock 6M

5. 次のコマンドでバイナリーを FPGA へフラッシュします。

   aocl flash acl0 ./bin/matrix_mult.aocx

6. FPGA を搭載したホストシステムを再起動します。

CPU/FPGA 相互作用解析を実行する

1. インテル® VTune™ Amplifier を起動します。次に例を示します。

   /opt/intel/vtune_amplifier_2019/bin64/amplxe-gui

2. 解析用のプロジェクト (例: hello_world_opencl) を作成します。
3. [Configure Analysis (解析の設定)] をクリックして新しい解析を開始します。
4. [CPU/FPGA Interaction (CPU/FPGA 相互作用)] 解析を設定します。

   

   1. [WHERE (どこを)] ペインでは、[Local Host (ローカルホスト)] ターゲット・システム・タイプを選択します。
   2. [WHAT (何を)] ペインで、[Launch Application (アプリケーションを起動)] ターゲットタイプを選択して、hello world アプリケーションを指定します。通常、このアプリケーションは <sample app>/bin/host にあります。
   3. [HOW (どのように)] ペインで、解析タイプから [CPU/FPGA Interaction (CPU/FPGA 相互作用)] を選択します。
5. [Start (開始)] をクリックして解析を開始します。

結果を解釈する

データ収集が完了すると、結果がファイナライズされ [CPU/FPGA Interaction (CPU/FPGA 相互作用)] ビューポイントに表示されます。FPGA の上位の計算タスクや CPU の上位のタスクと hotspot が表示される [Summary (サマリー)] タブから始めます。

[Bottom-up (ボトムアップ)] タブに切り替えて計算タスクのワークサイズとデータ転送スループットを確認します。[Timeline (タイムライン)] ペインで計算タスクとデータ転送の FPGA 使用率を確認します。

[Platform (プラットフォーム)] タブで FPGA とホスト・アプリケーションの計算キューを確認します。各転送と同期の開始時間と継続期間に関する情報も表示されます。

関連情報

• CPU/FPGA 相互作用解析
  (https://software.intel.com/en-us/vtune-amplifier-help-cpu-fpga-interaction-analysis-preview)

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