Hot Chips: Gleitkommaberechnungen per FPGA

Mit Fused Datapath will Altera FPGAs wie dem Stratix V das Rechnen mit Gleitkommazahlen beibringen. Bisher kommen FPGAs nach eigenen Angaben zu 99,9 Prozent für die Arbeit mit Festkomma-Algorithmen zum Einsatz. Die verfügbaren Gleitkomma-Operationen seien bisher kaum mehr als Spielzeuge gewesen.

Das Problem bei der Gleitkommaverarbeitung besteht darin, dass deren Repräsentation und die per IEEE 754 vorgeschrieben Normalisierung der Mantisse für FPGAs ungünstig ist. Altera wählt daher einen unorthodoxen Weg: Fused Datapath hält sich bei Ein- und Ausgabe von Zahlen an das IEEE-754-Format, arbeitet aber so lange wie möglich intern mit 2er-Komplementen und nicht normalisierten Mantissen. Die dabei eigentlich auftretenden Rundungsfehler kompensiert Altera durch im FPGA leicht realisierbare Zusatzbits für die Mantisse. Normalisiert und gerundet wird erst beim Export der Daten. Die Fehler liegen laut Altera dabei in der gleichen Größenordnung, wie sie auch andere Gleitkommarechenwerke produzieren. Fused Datapath versucht automatisiert so viele Operationen wie möglich zusammenzufassen. Programmierern sollen Bibliotheken die Arbeit erleichtern.

Besonders gut stehen Altera-FPGAs angeblich in der Disziplin GFlops pro Watt und bei mittleren Problemgrößen da. Je kleiner die zu berechnende Matrix wird, desto eher fällt der Datentransport gegenüber den Berechnungen ins Gewicht. Bei sehr großen Matrizen punkten indes Grafikchips. Allerdings sieht Altera Anwendungsfälle wie die Steuerung von Kurzstreckenraketen, bei denen weder GPUs noch CPUs ins Strombudget passen. Auf den Markt bringen will Altera Fused Datapath Anfang 2013. (bbe)