Почему вы выбрали VHDL а не Verilog?
ссылка пишут на Verilog.
ПЛИС реализует регистры и логические функции и в добавок есть возможность использовать встроенную память, несколько ФАПЧ, умножители. Думаю что хорошей оценкой максимальной частоты будет 300МГц. Выигрыш можно получить выполняя несколько задач одновременно. Либо ПЛИС подходят, когда хочется того чего на свете нет.
Какую операцию Вы хотите выполнять на ПЛИС? За какое время её нужно выполнять? Возможно уже есть готовое
ссылка
Почему для этих задач не подходит CUDA?