陣列處理器系統芯片的發(fā)展
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1971年發(fā)明的處理器芯片起著(zhù)定義計算機的作用，從此，計算機是按照處理器芯片的發(fā)展而演變的,是芯片上的計算機，處理器芯片的ISA(Instruction Set Architecture，指令集架構)已是國外的一統天下。1987年人們提出了系統芯片(SoC)的概念，研究如何將計算機的系統設計都轉移到系統芯片設計上來(lái)，將起到換代的作用。系統芯片已有總線(xiàn)互連的MP(Multi-Processor，多處理器)系統芯片與網(wǎng)絡(luò )互連的AP(Array Processor，陣列處理器)系統芯片，但AP系統芯片還沒(méi)有發(fā)展到成熟的階段，給我國的芯片設計提供了一次競爭的機會(huì )。因此，我們對MPP(Massively Parallel Processing，大規模并行處理)系統芯片體系結構進(jìn)行了研究[1]?，F在，又從數據流動(dòng)的計算模式、并行計算的陣列芯片、應用演變的數學(xué)技術(shù)、以及硅基芯片的制造技術(shù)等4個(gè)方面的統一，研究了陣列處理器系統芯片的發(fā)展問(wèn)題，提出了如何設計一種統一體系結構的陣列處理器系統芯片，簡(jiǎn)稱(chēng)APU(Array Processing for Unification architecture，統一體系結構的陣列處理器)系統芯片。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/105928.htm
數據流動(dòng)的計算模式的統一
1935年的圖靈抽象機定義了控制數據流動(dòng)而完成計算的計算模式，現在已形成了指令流、數據流與構令流三種控制數據流動(dòng)的計算模式?，F在流行的控制數據流動(dòng)的計算模式主要是馮·諾依曼的指令流計算模式，有SISD、SIMD、MISD與MIMD四種體系結構的指令流計算模式。但現在的單核/多核/眾核芯片，只實(shí)現了SISD的指令流計算模式，以及MMX[SIMD]，流水線(xiàn)[MISD]，VLIW[MIMD]等低并行計算度的指令流計算模式。由于SIMD的指令流計算模式最適合圖像處理算法，SIMD體系結構的處理器與計算機早已得到了發(fā)展。數據流計算模式是采用電路設計的ASIC/ASSP芯片，或者是靜態(tài)重構的FPGA芯片實(shí)現的，而構令流計算模式是通過(guò)可重構的RC Device(Re Configurable Device)芯片實(shí)現的，它們的計算效率高，應用的設計門(mén)檻也高，沒(méi)有程序設計的靈活性，芯片的品種多。因此，我們研究并實(shí)現了MISD/MIMD的指令流計算模式，它不僅具有數據流/構令流計算模式的計算高效性，而且具有程序設計的靈活性，應用的設計門(mén)檻低，芯片的品種少等。計算模式的統一就是用MISD/MIMD的指令流計算模式，取代沒(méi)有程序設計靈活性的數據流/構令流計算模式，使所有計算統一成指令流計算模式。
并行計算的陣列芯片的統一
從并行計算來(lái)看，有任務(wù)級并行計算、數據級并行計算、操作級并行計算與指令級并行計算的陣列芯片?，F在的MPP計算機主要是按任務(wù)級并行(TLP，Task Level Parallel)完成計算的;是采用單核/多核/眾核芯片實(shí)現的。單核/多核/眾核芯片正在向TLP計算的MP系統芯片與AP系統芯片演變[2，3]，TLP計算是將任務(wù)(進(jìn)程/線(xiàn)程)映射到核(處理器)上完成計算的，是一種MPMD的計算。由于任務(wù)(進(jìn)程/線(xiàn)程)之間存在同步與互斥問(wèn)題，TLP計算的效率低、編程復雜。數據級并行(DLP，Data Level Parallel)計算是按SIMD模式完成的計算，主要是采用指令流計算模式中的SIMD體系結構實(shí)現的，已有GPU等系統芯片[4,5]，以及GPU或者是CPU+GPU的MPP計算機。操作級并行(OLP，Operation Level Parallel)計算是在數據流計算模式的ASIC/ASSP/FPGA陣列芯片，與構令流計算模式的RC Device的陣列芯片上完成并行計算的，沒(méi)有程序設計(改變)的靈活性?？茖W(xué)和藝術(shù)都是用來(lái)探索4維的時(shí)空關(guān)系的，APU系統芯片是采用PE(Processing Element)之間的鄰接(abutting)技術(shù)，探索4維的時(shí)空并行計算關(guān)系的，實(shí)現DLP計算與指令級并行(ILP，Instruction Level Parallel)計算的。陣列芯片的統一就是SIMD的DLP計算與MISD/MIMD的ILP計算，是采用處理元之間鄰接互連(Abutting)的APU系統芯片統一實(shí)現的。
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