分片式流處理器體系結(jié)構(gòu).pdf

1、納米工藝所帶來(lái)的功耗、線延遲和設(shè)計(jì)復(fù)雜度等問(wèn)題制約了處理器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，分片式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是解決這些問(wèn)題的一種方法。分片式流處理器作為一種面向數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的處理器結(jié)構(gòu)，可以利用摩爾定律的發(fā)展帶來(lái)的豐富而廉價(jià)的晶體管資源，實(shí)現(xiàn)處理器結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展。分片式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思想是將計(jì)算、存儲(chǔ)和互連資源組織成片式的基本結(jié)構(gòu)單元，這些片式單元是相對(duì)簡(jiǎn)單的、分布式控制且可重用的；大量的片式單元由高能效、可擴(kuò)展的片上網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。分片式流處理器的性能是否

2、也具有可擴(kuò)展性依賴于其支持的編程模型、片上存儲(chǔ)層次、片上互連網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算模型。本文分別從分片式流處理器的計(jì)算模型、指令系統(tǒng)、體系結(jié)構(gòu)、流編程模型映射四個(gè)方面開展研究。主要研究?jī)?nèi)容和成果包括以下四個(gè)部分。
　　 (1)研究了類數(shù)據(jù)流計(jì)算模型的原理，提出了一種適合組織分片式流處理器中計(jì)算資源的單塊多數(shù)據(jù)(Single Block Multi Data，SBMD)計(jì)算模型，設(shè)計(jì)了支持此計(jì)算模型的指令系統(tǒng)DISC-D。SBMD指在一個(gè)超

3、塊內(nèi)部處理多份數(shù)據(jù)，每份數(shù)據(jù)根據(jù)自己對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流依賴關(guān)系執(zhí)行。謂詞技術(shù)把程序中每份數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的控制流依賴轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流依賴，在超塊內(nèi)部消除控制流轉(zhuǎn)移，這樣每份數(shù)據(jù)可以按照不同的控制流路徑執(zhí)行。SBMD模型支持程序中循環(huán)體間顯式的消息傳遞。
　　 (2)設(shè)計(jì)了一種分片式流處理器體系結(jié)構(gòu)TPA-PD。TPA-PD采用類數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的計(jì)算模型來(lái)組織計(jì)算資源，使用軟件管理的片上存儲(chǔ)層次開發(fā)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)局部性。TPA-PD采用分片式的設(shè)計(jì)思想

4、，使用多個(gè)片上互連網(wǎng)絡(luò)把片上的各種資源互連起來(lái)。
　　 (3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了流編程模型在TPA-PD上的映射。TPA-PD支持流編程模型StreamC/KernelC。StreamC/KernelC是為Imagine流處理器開發(fā)的，為了能在TPD-PD上運(yùn)行StreamC/KernelC語(yǔ)言編寫的代碼，我們實(shí)現(xiàn)了流級(jí)翻譯器和kernel級(jí)二進(jìn)制翻譯器，把在Imagine平臺(tái)上的流級(jí)指令信息和kernel級(jí)微碼翻譯到TPA-PD平臺(tái)