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Performance?

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  1. Performance?

    Autor: goldesel 01.08.17 - 11:54

    Ich bin leider null drin in der Materie. Wie schnell würde so ein Gerät arbeiten? Wäre ein Einsatz als lokales Datencryptorsystem im Netzwerk zum echtzeit ver/entschlüsseln von Dateien möglich?

  2. Re: Performance?

    Autor: mheiland 01.08.17 - 12:12

    Das kommt auf die Spezifikation des konkreten Chip an. FPGAs werden oft in Netzwerkgeräten, bei der Audio/Video/Bildverarbeitung, Steuersystemen oder auch firewalls und VPN-Endpunkten verbaut, daher ist davon auszugehen dass sowohl Blockdatensystem als auch Netzwerkstreams bis zu einem gewissen Durchsatz damit verschlüsselbar sind. Die nötigen Algos wie z.B. AES lassen sich auf FPGAs "in hardware" gießen, was deutliche Vorteile bei der Geschwindigkeit bringt. Doom dürfte darauf aber eher ruckeln.

  3. Re: Performance?

    Autor: chefin 01.08.17 - 13:33

    goldesel schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ich bin leider null drin in der Materie. Wie schnell würde so ein Gerät
    > arbeiten? Wäre ein Einsatz als lokales Datencryptorsystem im Netzwerk zum
    > echtzeit ver/entschlüsseln von Dateien möglich?


    Solche Arrays können bestimmte Sachen, für die sie spezialisiert werden, extrem schnell. Alles andere können sie garnicht. Sie aber nun als Universal-CPU zu programmieren bedeutet leider, das sie alles nur etwas langsamer als die Orginal-CPU können.

    Wenn du also einen bestimmte Aufgabe hast, kannst du dir ein FPGA zusammenbauen das diese Aufgabe extrem schnell kann. Dieses teil ist aber drauf programmiert eine Intel-CPU zu emulieren und damit zwangsläufig langsamer oder muss Dinge weglassen, das es klappt.

  4. Re: Performance?

    Autor: chipfire 01.08.17 - 14:09

    Sorry, aber das ist Quatsch. Ein FPGA ist ein Chip, der einzig für die Abbildung von binärer Logik und die Verschaltung einzelner Logikfunktionen konzipiert ist. Am einfachsten ist das vorstellbar als ein Steckbrett mit verschiedenen Logikgattern (AND, OR, usw.). Zusätzlich gibt es Register, um Zustandsautomaten zu erzeugen.
    Damit kann jedes System modelliert werden, das durch einen Zustandsautomaten mit binärer Logik beschrieben werden kann - z.B. ein digitaler Mikroprozessor.

    Da aber die Funktion nicht direkt mit Transistoren realisiert wird, ist sie als FPGA-Implementierung immer langsamer als eine sogenannte ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Implementierung. Jeder Prozessor ist ein ASIC. Hier gibt es auch noch diverse andere prozesstechnische Optimierungen, die bei einem FPGA nicht möglich sind, da dieser eben für einen anderen Zweck optimiert wurde. Bei hochgradig prozessoptimierten ASICs, wie Prozessoren, sind hier durchaus ein Geschwindigkeitseinbußen in einer Größenordnung von Faktor 10 bis 100 realistisch.
    Davon abgesehen würde ein aktueller Desktopprozessor jeden FPGA sprengen.

    Dieses System "emuliert" aber auch keine Intel CPU. Es ist ein OpenRISC - dieser Kern wurde für FPGAs entworfen bzw. wird mittlerweile auch als RISC-V als Mikrocontroller gefertigt. Er ist vom Design her eher mit einem ARM zu vergleichen und nutzt einen eigenen Befehlssatz. Ganz konkret würde ich anhand des verwendeten FPGA-Boards (Terasic DE0-Nano) schätzen, dass der Prozessor mit 50 - 80 MHz läuft. Ein direkter Vergleich zu einer Intel/AMD CPU ist aufgrund der unterschiedlichen Befehlssätze schwer, auch kommen strukturelle Unterschiede dazu, z.B. die Speicheranbindung und Cache-Hierarchie. Ganz ins Blaue geraten wird - je nach Anwendung - das vorgestellte System sicher um einen Faktor 100 langsamer sein als ein aktuelles Desktopsystem.

    ABER: es gibt einige Klassen von Algorithmen, die sich mit FPGAs sehr gut implementieren lassen. Dazu gehören beispielsweise Kryptographie und Prüfsummen. Hier ist es nicht schwer, mit einem FPGA einen ähnlichen oder sogar deutlich höheren Durchsatz zu erreichen als mit einer CPU. Das liegt daran, dass die Algorithmen im FPGA direkt aus Logik und Registern gebaut werden. Hier habe ich dann einen Aufwand von wenigen (<<100) Taktzyklen bis zum Ergebnis. In einer CPU benötige ich dafür jedoch hunderte Anweisungen, weshalb die höhere Taktfrequenz ausgeglichen wird.

    Fazit: die Frage ist schwer zu beantworten. Es ist auf jeden Fall deutlich langsamer, das kann aber je nach Anwendung egal sein und teils durch dedizierte Verarbeitungsblöcke kompensiert werden.

  5. Re: Performance?

    Autor: nubok 01.08.17 - 17:07

    > Es ist ein OpenRISC - dieser Kern wurde für FPGAs entworfen bzw. wird mittlerweile auch als RISC-V als Mikrocontroller gefertigt.

    OpenRISC hat nichts mit RISC-V zu tun.

  6. Re: Performance?

    Autor: chipfire 02.08.17 - 11:53

    nubok schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > > Es ist ein OpenRISC - dieser Kern wurde für FPGAs entworfen bzw. wird
    > mittlerweile auch als RISC-V als Mikrocontroller gefertigt.
    >
    > OpenRISC hat nichts mit RISC-V zu tun.

    Das stimmt, mein Fehler. Es ändert aber nichts an der Aussage, dass der Kern nicht mit den hochgezüchteten x86-Kernen vergleichbar ist.
    Aber der Hinweis war gut, auf der OpenRISC-Seite ist nämlich ein Link zu M-Labs, die für ihr auf dem OpenRISC aufbauendes SoC eine Taktrate von 83 MHz bei Implementierung auf einem Spartan-6 angeben (https://m-labs.hk/gateware.html).
    Der Spartan-6 und der Cyclone-IV auf dem verwendeten DE0-Nano sind in etwa vergleichbar (habe ich aber noch nie ausprobiert, obwohl ich beide zu Hause habe). Meine Einschätzung bezüglich der erreichbaren Taktrate scheint also realistisch zu sein.

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