基于多处理器异构的CT图像重建并行加速平台_解放军信息工程大学

获得奖项:第十一届竞赛决赛团队一等奖

X射线计算机断层成像(Computed Tomography,CT)是一种由物体的X射线投影来反求其衰减分布的技术,涵盖核物理、数学、计算机、精密仪器等多个学科。由于CT可以在非接触、不破坏的条件下得到物体内部的高精度三维结构信息,因此自Hounsfield成功研制第一台CT以来[1],CT已在无损检测[2]、医学诊断[3]、材料分析[4]等领域得到广泛应用。

在实际应用中,锥束CT高分辨率三维重建所需的计算资源和存储资源都非常大,随着重建规模的增加,重建的存储需求和计算量迅速增加,在很多情况下,很难满足实际应用的需求,因此加速锥束CT重建过程是当前工程人员亟需解决的问题。针对CT重建算法设计相应的加速平台和加速策略具有重要的实际意义,是工业CT应用于实际时所要解决的一个难点问题。

随着数据信号处理任务对运算处理速度、总线带宽、数据处理和工作环境等需求的不断提高,传统的信息处理系统已经无法满足技术发展的实际应用要求。基于多处理器异构的综合信息处理平台具备强大的数据处理能力、I/O能力和高性能网络交换能力,并具有很好的通用性以及可扩展性,是发展的趋势和方向。

通过采用FPGA和GPU等专用硬件加速卡,构建基于多处理器异构的并行处理异构平台,实现支持大量计算任务高效运行的高性能密度计算机,可以满足实际应用中的需求,具有重要的应用价值。

因此本作品深度挖掘CT重建算法的可并行性,采用GPU+FPGA的异构计算模式,使用不同类型指令集和体系架构的计算单元组成计算系统,最大程度上使算法与异构体系结构相匹配,并充分利用不同加速部件的性能,使得算法满足时间需求并尽量少的损失精度。同时设计了一个适合重建算法高效运算的存储与通信方案。系统支持PCI-E/Ethernet互联,支持多块处理板通过互联总线实现多处理器高效并行处理,实现同步或异步的协同处理机制。



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