شماره ركورد
34306
پديد آورنده
ميلاد كلوندي
عنوان
پياده سازي واحد پردازش داده بر روي FPGA
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق سيستمهاي ديجيتال
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/27
استاد راهنما
دكتر ستار ميرزاكوچكي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
واحد پردازش داده ) (DPUبهعنوان نسل جديد پردازندههاي قابلبرنامهريزي، نقش مهمي در مراكز داده مدرن
ايفا ميكند و مكمل CPUو GPUمحسوب ميشود. اين واحدها با تركيب پردازنده مركزي چندهستهاي، رابط
شبكه با كارايي بالا و موتورهاي شتابدهنده انعطافپذير، پردازش و انتقال دادهها را با سرعت و بهرهوري بالا فراهم
ميآورند. در اين پاياننامه، طراحي و پيادهسازي يك DPUمبتني بر FPGAبا استفاده از فناوريهاي نوين
همچون PCI Expressو حافظه DDRبررسي شده است. اين فناوريها امكان ارتباط پرسرعت و تبادل دادههاي
پيچيده در سيستمهاي تعبيهشده و مراكز داده را فراهم ميكنند.
علاوه بر كاربردها، مزايا و معايب DPUها تحليل شده است؛ مزايايي مانند افزايش كارايي در پردازش ابري، بهبود
امنيت دادهها و انعطافپذيري در برنامهريزي بهتفصيل موردبررسي قرار گرفته است. همچنين، چالشهاي فني
مانند هزينه بالاي خريد و نگهداري و پيچيدگي توسعه اين واحدها مطرح گرديده است.
در بخش دوم پاياننامه، الگوريتم رمزنگاري AESبهعنوان يكي از الگوريتمهاي استاندارد و مطمئن رمزنگاري داده،
با تمركز بر پيادهسازي خط لوله شده بر روي FPGAبررسي شده است. معماريهاي مختلف AESشامل انواع
حلقههاي، كاملاا بازشده و خط لوله عميق معرفي و عملكرد آنها مقايسه شدهاند. در نهايت، با استفاده از تكنيكهاي
بهينهسازي مانند قفلگذاري كلاك، توان عملياتي تا 6گيگابيت بر ثانيه در FPGAمحقق شده است كه نشان از
كارايي بالاي طراحي دارد. اثر بهمن رمزنگاري ) (Cryptographic Avalanche Effectنيز براي ارزيابي امنيت اين
پيادهسازي تأييد شده است
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/15
عنوان به انگليسي
implementation of data processing unit on FPGA
تاريخ بهره برداري
1/3/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ميلاد كلوندي
چكيده به لاتين
The Data Processing Unit (DPU), as a new generation of programmable processors, plays a crucial
role in modern data centers, complementing CPUs and GPUs. By combining multi-core central
processors, high-performance network interfaces, and flexible acceleration engines, these units
provide high-speed and efficient data processing and transfer.
This thesis investigates the design and implementation of an FPGA-based DPU utilizing modern
technologies such as PCI Express and DDR memory. These technologies enable high-speed
communication and complex data exchange in embedded systems and data centers.
In addition to their applications, the advantages and disadvantages of DPUs have been analyzed.
Benefits such as increased efficiency in cloud processing, improved data security, and
programming flexibility are discussed in detail. Furthermore, technical challenges like high
acquisition and maintenance costs and the complexity of developing these units are addressed.
In the second part of the thesis, the AES encryption algorithm, one of the standard and reliable
data encryption algorithms, is examined with a focus on its pipelined implementation on an FPGA.
Various AES architectures, including looped, fully unrolled, and deep pipelined types, are
introduced and their performance compared. Finally, by employing optimization techniques such
as clock gating, a throughput of up to 6 Gigabits per second has been achieved on the FPGA,
demonstrating the high efficiency of the design. The Cryptographic Avalanche Effect has also
been confirmed to evaluate the security of this implementation.
كليدواژه هاي فارسي
واحد پردازش داده
كليدواژه هاي لاتين
PCIe , DDR , FPGA , AES encryption , Data accelerator , Data center
Author
Milad Kalvandi
SuperVisor
Dr. Sattar Mirzakuchaki