Accelerating Astronomical Applications

FPGA's zijn processoren die heel anders werken dan CPUs die we in gewone computers gewend zijn. CPUs voeren instructies (software) uit om een bepaalde taak te verrichten; de hardware ligt vast maar de software biedt een grote mate van flexibiliteit om allerlei taken uit te kunnen voeren.

Bij FPGA's is juist de hardware nog “kneedbaar”: om een bepaalde taak te verrichten, worden allerlei stukjes hardware op de FPGA zo aan elkaar geknoopt, dat ze tezamen een pipeline vormen waar input data ingaat en bewerkte data uitkomt. Het grote voordeel t.o.v. gewone CPU's is dat ze veel energie-efficiënter zijn, het nadeel is dat ze minder flexibel zijn en veel lastiger programmeerbaar.

Nieuwe FPGA technologieën staan aan de basis van dit project. Een hoog-niveau programmeertaal (OpenCL), hardware ondersteuning voor drijvende-komma getallen en nauwe integratie met CPU's maken het niet alleen mogelijk om FPGA's veel makkelijker dan voorheen te programmeren, het wordt ook mogelijk om ze voor veel complexere applicaties te gebruiken dan tot nu toe mogelijk was. Intel wil deze OpenCL/FPGA oplossing in datacentra en voor het IoT gaan toepassen. In dit project gaan we een aantal (radio-astronomische) applicaties voor FPGA's ontwikkelen.

De doelen van dit project zijn:

• Ons deze technologieën te eigen te maken, te evalueren, en te vergelijken met andere technologieën (bijv. GPU's) met betrekking tot performance, energieefficientie en programmeer-inspanning;
• Deze technologieën te introduceren in de radio astronomie zodat toekomstige projecten kunnen profiteren van een verminderde programmeer-inspanning en een hoge energie-efficiëntie.

Invited talks

• John W. Romein, Accelerating Radio Astronomy (seminar), Vrije Universiteit, Amsterdam, October 11, 2017
• Atze v.d. Ploeg, Bram Veenboer, and John W. Romein, Using FPGAs for HPC (poster), Netherlands eScience Symposium, Amsterdam, the Netherlands, October 18, 2017
• John W. Romein, Bram Veenboer, and Atze v.d. Ploeg, Can FPGAs compete with GPUs?, GPU Technology Conference, San Jose, CA, March 26-29, 2018
• John W. Romein, Bram Veenboer, and Atze v.d. Ploeg, Experiences with the Intel OpenCL/FPGA toolkit, BoF on Reconfigurable Computing, ISC'18, Frankfurt/Main, Germany, June 25-27, 2018
• John W. Romein and Bram Veenboer, Can FPGAs compete with GPUs?, GPU Technology Conference, San Jose, CA, March 18-21, 2019 (https://developer.nvidia.com/gtc/2019/video/s9338)
• John W. Romein, FPGA Programming in a High-Level Language, ASTRON TechnoLunch, Dwingeloo, the Netherlands, May 21, 2019
• Johan Hidding, Merijn Verstraaten, Ben van Werkhoven, Bram Veenboer, Daniël v.d. Schuur, and John W. Romein, Using FPGAs for HPC (poster), Commit2Data, October 31, 2019
• John W. Romein, High-Performance Computing in Radio Astronomy (seminar), Norwegian University of Life Sciences, Ȧs, Norway, January 21, 2020
• John W. Romein, Exploring new GPU and FPGA Technologies for Radio Astronomy (colloquium) Radio Camera Initiative, online, September 11, 2020 (https://www.radiocamera.io/seminars/exploring)
• John W. Romein, Technological Innovatons in the Processing of Radio-Astronomical Data, Dutch Hardware Acceleration Event, online, September 2020
• John W. Romein, Bram Veenboer, Reinier v.d. Walle, Experiences with Programming FPGAs in a High-Level Programming Language (ASTRON TEASER talk), online, November 17, 2020
• John W. Romein, Johan Hidding, Alessio Sclocco, Bram Veenboer, Merijn Verstraaten, Reinier v.d. Walle, Ben van Werkhoven, Experiences with the Intel OpenCL/FPGA Programming Environment, CASPER Workshop, online, May 19, 2021 (https://www.youtube.com/watch?v=fevhSBnDH8U @ 27'13'')