عنوان مقاله :
پياده سازي سخت افزاري حل عددي معادلات ديفرانسيل روي F P G A
عنوان به زبان ديگر :
HARDWARE IMPLEMENTATION OF NUMERICAL SOLUTION OF DIFFERENTIAL EQUATIONS ON FPGA
پديد آورندگان :
فرخاني بغلاني، فواد سازمان پژوهش هاي علمي و صنعتي ايران - پژوهشكده مكانيك , ابراهيمي جمگرداني، عباس دانشگاه صنعتي شريف - دانشكده مهندسي هوافضا , نيكروان شلماني، ايوب سازمان پژوهش هاي علمي و صنعتي ايران - پژوهشكده مكانيك
اطلاعات موجودي :
دوفصلنامه سال 1396
كليدواژه :
محاسبات قابل بازپيكربندي , افزايش سرعت حل , معادلات ديفرانسيل عادي و پاره يي , مهندسي مكانيك
چكيده فارسي :
حل عددي معادلات ديفرانسيل با استفاده از بسترهاي C P U و G P U مبتني بر پياده سازي نرم افزاري است. در سال هاي اخير، راهكار جديدي مبتني بر پياده سازي سخت افزاري معادلات با استفاده از بستر F P G A، به دليل افزايش سرعت حل و كاهش توان مصرفي، مورد توجه جدي قرار گرفته است. در اين پژوهش با حل چند مسئله ي نوعي، شامل سيستم جرم و فنر و معادله ي موج، روش پياده سازي سخت افزاري براي حل معادلات ديفرانسيل بر روي F P G A، مزايا و چالش هاي اين پياده سازي و روش هاي حل آن ارائه شده است. نتايج سرعت پردازش براي حل سيستم تك جرم و فنر نشان مي دهد كه سرعت C P U تقريباً برابر F P G A است ولي براي سيستم 6 جرم و فنر سرعت F P G A 8 برابر C P U است. همچنين نتايج سرعت پردازش حل معادله ي موج نشان دهنده ي افزايش 3٫6 برابري سرعت F P G A نسبت به C P U است. اين نتايج نشان گر افزايش كارايي F P G A با افزايش تعداد المان هاي محاسباتي است.
چكيده لاتين :
Nowadays، CPUs and GPUs are used in computations pertaining to numerical solution of differential equations. However، the fixed hardware architecture of CPUs and GPUs makes it difficult to optimally implement many numerical solution algorithms. In recent years، a new method، based on hardware implementation of equations using Field Programmable Gate Array (FPGA)، has been given much attention. The unique feature of this approach is the ability to vary the hardware architecture on the basis of the solution algorithm، which results in increased solution speed and a reduction in power consumption. This methodology، in which hardware can vary from one architecture to another for computing purpose is named Reconfigurable Computing (RC). RC can be used to solve a lot of problems such as FEM، FVM with structured or unstructured mesh.In this research، typical problems، such as mass-spring systems and wave equations، have been considered، and hardware implementation on FPGA has been used to solve the resulting differential equations. For modeling these systems، we used the software and hardware which is accessible to us، so we used a domestic FPGA board and MatLab and Xilinx ISE software products. Based on the results، advantages and challenges for hardware implementation of differential equations have been presented. Results for a single element mass-spring system show a comparable solution speed for CPU and FPGA implementation. However، with an increase in the number of elements of the mass-spring system، for example، to 6، the FPGA hardware implementation overtakes CPU and the speed of FPGA becomes almost 8 times that of CPU. Moreover، results of the solution of wave equations show that the speed with FPGA implementation is 3.6 times that of CPU. Therefore، for higher numbers of computational elements، results show the superior process speeds attainable with hardware implementation of equations using FPGA compared to the software mplementation on CPU
عنوان نشريه :
مهندسي مكانيك شريف
عنوان نشريه :
مهندسي مكانيك شريف
اطلاعات موجودي :
دوفصلنامه با شماره پیاپی سال 1396
