2024年6月28日下午，三亚学院信息与智能工程学院的郭大波教授就其团队在基于FPGA异构计算的连续变量量子密钥分发（CV-QKD）数据协调系统设计方面取得的进展，为信智学院的师生们带来了一场标题为“基于FPGA异构计算的CV-QKD数据协调系统设计”的专题讲座。该研究成果提升了数据协调的速率，为量子通信的远程化和高速化提供了强有力的技术支持。讲座在学院4楼会议室举办。
本讲座的目的是与同行教师探讨异构计算的编程和算法技巧，以求共同提高业务能力，扩大教师的学术视野。针对当前连续变量量子密钥分发系统数据协调运算速度慢的问题，采用高性能FPGA板为加速设备，在OpenCL异构计算框架上实现了八维数据协调算法的并行加速运算。针对FPGA的特点，所提算法进行了优化。
量子密钥分发（QKD）作为量子通信领域的一项关键技术，其安全性得到了学术界和工业界的广泛认可。连续变量QKD（CV-QKD），因其高探测效率，成为实现安全通信的备选方案之一。然而，随着安全传输距离的增加，数据协调环节的计算量急剧上升，成为制约CV-QKD系统传输距离和速度的瓶颈。
郭大波教授长期从事电子信息类教学和科研工作，郭大波教授团队针对CV-QKD系统中数据协调的计算瓶颈问题，采取了基于FPGA的异构计算方案，利用FPGA的高并行性来加速CV-QKD系统中的数据协调过程。通过对八维数据协调算法的深入分析和优化，实现了显著的性能提升。
主要创新包括：对LDPC码的Tanner图表示和校验矩阵的存储结构进行了精心设计，以适应FPGA的计算特性；内存对齐到64字节边界和DMA传输方面，成功将DMA传输的读写时间稳定在了0.001秒；构造良好的循环和循环展开技术；通过调整工作组的大小，可以显著影响解码性能；探索了聚合访问模式，通过减少工作项的数量并优化内存访问模式，进一步降低解码时间。
这些优化措施的综合应用，使得基于FPGA的异构计算平台在解码速度上实现较大的提升。实验结果表明，与单一CPU平台相比，异构平台的协调速率是其4倍以上，当码率为0.4时，解码速度甚至可以达到70.45 kbit/s，这一成果无疑为CV-QKD技术的实用化和进一步发展提供了强有力的技术支撑。该成果发表在2023年《光学学报》第一期上。
演讲结束后进行了互动环节，师生们热情参与，与教授就FPGA异构计算在CV-QKD数据协调系统中的应用进行了深入探讨。郭教授鼓励大家积极投身于量子通信等前沿技术的研究，并表示他的团队将继续致力于推动学科发展和人才培养。他相信，通过持续的学术交流和知识分享，可以激发更多创新思维，共同推动技术进步。从而为年轻学者和研究生提供了宝贵的指导。
这次讲座不仅增进了与会者对FPGA异构计算重要性的理解，也激发了他们对量子通信技术未来发展的思考。随着讲座的圆满结束，与会者们满怀新的启发和动力，期待在未来的研究旅程中，信智学院的学者们能够取得更多突破。
