Implementação de Fractal em FPGA Usando o Processador Soft-Core SAPHO

Abstract

O uso de fractais no processamento e na análise de dados tem ganhado destaque em diversas áreas científicas e tecnológicas, impulsionado pela necessidade de modelagem complexa e extração de padrões em sistemas dinâmicos. Projetos recentes nas áreas de física, biomedicina e criptografia demonstram a relevância do cálculo eficiente de fractais como os de Weierstrass–Mandelbrot, Julia e Cantor, cuja complexidade computacional exige soluções de alto desempenho. Nesse contexto, as Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) surgem como plataformas ideais para implementações embarcadas e paralelizadas, oferecendo flexibilidade, baixa latência e eficiência energética. Dentro desse cenário, o Scalable-Architecture Processor for Hardware Optimization (SAPHO) se destaca como um processador soft-core projetado com lógica dedicada ao tratamento de números complexos, essenciais no cálculo de fractais. Neste trabalho, é apresentada a implementação do fractal do Conjunto de Mandelbrot utilizando o processador SAPHO em FPGA, explorando sua arquitetura reconfigurável para viabilizar o processamento rápido e eficiente de imagens fractais em tempo real. Além disso, propõem-se otimizações no código Assembly gerado para o SAPHO, que resultam em um ganho de desempenho de aproximadamente 25% em relação à implementação padrão, demonstrando o potencial da arquitetura para aplicações científicas que demandam alto desempenho com baixo consumo de recursos.