嵌入式流處理器

國內的處理器設計現在還主要處于功能仿制階段,有單位正在研制具有MMX指令的奔騰芯片,以及具有數據并行處理能力的TMS 320C6711等芯片。就數據并行性計算來(lái)說(shuō),高性能奔騰處理器是通過(guò)57條MMX指令來(lái)支持數據并行性計算的,但其數據并行計算的程度是很低的,只能支持8個(gè)8位數據,或4個(gè)16位數據,或2個(gè)32位數據的數據并行計算。也有單位九五期間自主設計研制了含有64（8×8）個(gè)處理元的PE芯片,研制了具有4096個(gè)處理元的SIMD協(xié)處理器的圖像處理機系統。但是,這些處理器還不能滿(mǎn)足像素幀巨大的嵌入式圖像處理應用的要求。

針對上述三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,近十多年來(lái),國外對新一代多媒體處理器體系結構進(jìn)行了廣泛的研究,有專(zhuān)用多媒體處理器、可編程多媒體處理器、向量處理器以及流處理器等體系結構。

　　專(zhuān)用多媒體處理器

針對三維圖形應用,SGI公司研制了名為InfiniteReality的專(zhuān)用多媒體處理器系統（1997年公布）。它由4個(gè)專(zhuān)用的幾何引擎（Geometry Engine）和80?320個(gè)專(zhuān)用的圖像引擎（Image Engine）構成,能提供每秒11,000,000次三角函數計算和每秒830,000,000個(gè)像素的處理。它是以存儲容量的冗余為代價(jià)來(lái)提高存儲器帶寬的。最近,NVIDIA公司研制了名為GeForce256的專(zhuān)用單芯片圖形處理器。該處理器能提供每秒15,000,000次峰值運算和每秒480,000,000個(gè)像素處理。這些專(zhuān)用多媒體處理器的缺點(diǎn)是只要算法稍有變化,性能就會(huì )急劇下降。

　　可編程多媒體處理器

Chromatic公司研制了名為Mpact的多媒體處理器（1996年公布）,Philip公司研制了名為T(mén)riMedia（1996年公布）和VSP（1994年公布）的多媒體處理器。它們比專(zhuān)用圖形處理系統要靈活得多。Mpact多媒體處理器有一個(gè)4KB的全局寄存器文件（Register file）,并且利用了高帶寬的Rambus DRAM來(lái)滿(mǎn)足3-D圖形處理對帶寬的需求。這個(gè)相當大的全局寄存器文件,在很大程度上減小了圖形處理中對工作頁(yè)面進(jìn)行顯式緩存所需的帶寬量,進(jìn)而減少了對存儲器的訪(fǎng)問(wèn)次數。在奔騰等高性能處理器中,通過(guò)MMX,MAX-2,和VIS,增加了多媒體擴展,也就是增加了來(lái)自存儲器的預取流數據,并利用這些處理器中可以得到的數據帶寬,增加了浮點(diǎn)數據類(lèi)型SIMD操作,以支持數據并行性。

　　向量處理器

向量處理器是通過(guò)向量操作來(lái)支持數據并行性的處理器。為了有效地利用向量計算中的數據并行性,向量處理器的結構通常包括向量寄存器文件、深度流水的ALU和一維的SIMD組織形式的多種組合。向量寄存器文件存儲的是數據向量,而不是單個(gè)的數據字,它們是在對向量進(jìn)行操作時(shí),順序地進(jìn)行傳送的。不僅圖像處理采用向量處理器技術(shù),當前世界上處理速度最快的超級計算機——日本NEC的《地球仿真測試系統》,也是以0.15mm工藝實(shí)現的向量處理器為基礎,由5120個(gè)向量處理器（共有640個(gè)節點(diǎn),每個(gè)節點(diǎn)有8個(gè)向量處理器）組成的。

　　流處理器

流處理器是直接將多媒體的圖形數據流映射到流處理器上進(jìn)行處理的,有可編程和不可編程兩種。1995年公布的名為Cheops中的流處理器,是針對某一個(gè)特定的視頻處理功能而設計的一種不可編程的流處理器。但為了得到一定的靈活性,系統中也包含一個(gè)通用的可編程處理器。

從1996年到2001年,MIT和Standford針對圖像處理的應用,研制了名為Imagine 的可編程流處理器。Imagine流處理器沒(méi)有采用cache,而是采用一個(gè)流寄存器文件SRF(Stream Register File),作為流（主）存儲器與處理器寄存器之間的緩沖存儲器,來(lái)解決存儲器帶寬問(wèn)題的。流存儲器與SRF之間的帶寬是2GB/s,SRF與處理器寄存器之間的帶寬是32GB/s, ALU簇（ALU Cluster）內寄存器與ALU之間的帶寬是544GB/s,三種帶寬的比例關(guān)系為1:16:272。