【摘 要】
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在图形图像、科学计算、大数据分析等高密度计算领域,传统的通用处理器和专用集成电路难以满足高性能和高灵活性的双重需求。可重构处理器将指令流驱动处理器的功能灵活性和数据流驱动处理器的高能量效率结合在一起,因而在高密度计算领域受到了广泛关注。粗粒度可重构处理器以数据流为驱动,基于任务调度可重构阵列的计算过程,适合执行无控制分支和寻址模式规则的计算任务。课题组的异构多核系统面向高密度计算领域,其所集成的通
【基金项目】
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“十三五”民用航天预研项目“高性能 XXX 异构多核XXXXX”研究；
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在图形图像、科学计算、大数据分析等高密度计算领域,传统的通用处理器和专用集成电路难以满足高性能和高灵活性的双重需求。可重构处理器将指令流驱动处理器的功能灵活性和数据流驱动处理器的高能量效率结合在一起,因而在高密度计算领域受到了广泛关注。粗粒度可重构处理器以数据流为驱动,基于任务调度可重构阵列的计算过程,适合执行无控制分支和寻址模式规则的计算任务。课题组的异构多核系统面向高密度计算领域,其所集成的通用浮点处理器需要满足高性能和适用性的双重需求。针对高性能计算中非规则寻址模式任务的加速需求,论文设计了一种支持数据路径动态重构的浮点处理器,主要工作和创新点如下:（1）区别于传统的可重构处理器,引入了一种基于融合指令的实现方式。（2）针对浮点计算部件具有硬件规模较大和使用频率差异大的特点,设计了一种相较于交叉开关网络具有较小网络规模的直接互连网络。（3）针对可重构单元对存储器带宽的需求,设计了具有无冲突访问规则的多端口存储器。（4）在可重构处理器中实现了多流水线计算路径的乱序执行和乱序写回,各访存通道根据各访存通道的优先级自动地解决路径间的数据冲突。（5）设计了适用于可重构浮点处理器的编译器,这使得复杂应用程序映射在该处理器上成为可能。论文最后将多个复杂的计算任务映射到可重构浮点处理器上,通过与通用处理器对比证明了该浮点处理器的高性能,通过与其他浮点处理器对比证明了该浮点处理器兼顾高性能的同时相较于已有工作能更好的适应非规则运算。目标应用系统集成了24个可重构浮点处理器,在Xilinx Ultrascale系列xcvu440的FPGA芯片上进行了原型验证,系统可以稳定工作在76 MHz频率。相较于上一代系统,集成可重构浮点处理器的多核系统在执行雷达成像算法时系统性能提升了近2倍。
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