高性能可重构浮点通用协处理器设计

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeffery2010
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随着时代的进步,科技产品所面对的环境变得复杂多变,传统的通用处理器和专用集成电路很难满足高性能和高灵活性的需求。可重构处理器因其能效比较高、运算资源丰富、互连形式灵活受到广泛关注,同时集成电路工艺和计算机技术的高速发展,使多核SoC(System on Chip,SoC)技术开始进入研究者们的视线,处理器的发展方向已经逐渐从追求单核心更高主频变为追求更多的处理器核。多核SoC将并行计算技术和计算机网络应用于芯片中,在带宽、可扩展性和可靠性等方面具有较大优势,已经成为集成电路发展的主流。与此同时,在语音信号处理、图形显示、科学计算等研究领域对数据处理精度和实时性的要求越来越高,硬件系统大多需要具备很强的浮点运算能力。  本文以课题组的多核系统架构为基础,在研究了通用处理器、专用集成电路、片上网络技术和可重构技术之后,设计了一款主要针对高密度计算领域的动态可重构浮点处理器(Dynamic Reconfigurable Floating-point Processor,DRFP),并以动态可重构浮点处理器为资源运算节点搭建了同构多核系统,最后通过加载典型算法任务来测试其性能以及在多核系统中的并行度。论文的主要工作如下:  首先,介绍了本课题组的多核系统架构以及片上网络结构。根据多核系统中加载的算法任务和功能要求,确定了动态可重构浮点处理器的整体架构。针对数据密集型和计算密集型两类算法应用,可重构浮点处理器分别兼容存储和流两种运算模式,最大程度地提高了计算效率和算法适应性,同时增加一种脉动运算模式实现灵活性和工作效率的折中;  其次,介绍了可重构浮点处理器微控制器单元、功能配置单元、存储单元、运算单元的具体结构和工作机制,并提出一种数学模型,该模型可帮助优化运算单元之间的互连方式。  最后,为可重构浮点处理器搭建了验证平台,通过加载向量计算任务验证了其功能的正确性。并搭建了适当网络规模的同构多核系统,通过加载FFT算法验证了可重构浮点处理器在多核系统中的运算效率和算法适应性。
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