检索结果-内蒙古大学图书馆

上海交通大学学报 2014年第10期48卷 1389-1393,1399页

作者：曹鹏梅晨刘波东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心南京2100961

为了优化粗粒度可重构架构REMUS-II(Reconfigurable Multimedia System 2)的数据流通路,使其能够完成高性能媒体解码,针对媒体算法的数据访问特征,对REMUS-II的片上存储与片外存储访问模块进行优化.片上存储通过二维数据传输和转置等访... 详细信息

为了优化粗粒度可重构架构REMUS-II(Reconfigurable Multimedia System 2)的数据流通路,使其能够完成高性能媒体解码,针对媒体算法的数据访问特征,对REMUS-II的片上存储与片外存储访问模块进行优化.片上存储通过二维数据传输和转置等访问模式进行优化,片上数据传输效率分别平均提高了69.6%和15.1%.片外存储通过块缓存设计优化参考帧访问,平均减少37%的外存访问时间.经过层次化存储设计,REMUS-II数据流可满足计算需求,在200MHz主频下实现H.264算法和MPEG2算法高级档次的1 920像素×1 080像素高清分辨率实时解码.

关键词：粗粒度可重构架构媒体应用层次化存储高清解码

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基于粗粒度可重构架构的并行FFT算法实现

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东南大学学报（自然科学版） 2013年第6期43卷 1174-1179页

作者：曹鹏杨锦江梅晨东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心南京210096

为了提升并行 FFT 算法的计算性能，基于粗粒度可重构架构 REMUS＿LPP（reconfigurable embedded multimedia system，low performance processor）提出了一种新的复数 FFT 实现方法．在实现 FFT 算法过程中，首先通过局部串行方式完成... 详细信息

为了提升并行 FFT 算法的计算性能，基于粗粒度可重构架构 REMUS＿LPP（reconfigurable embedded multimedia system，low performance processor）提出了一种新的复数 FFT 实现方法．在实现 FFT 算法过程中，首先通过局部串行方式完成低阶部分，然后交换低阶部分结果后并行执行高阶部分．针对 RCA 内和 RCA 间的数据流优化，提出了流水气泡消除技术和数据块重排技术，从而提升了算法实现性能并降低了片上存储需求．芯片实测结果表明，提出的 FFT 算法实现方法的执行速度是其他同类并行计算架构的2．15～13．60倍，片上存储减少为其他方法的7．0％～28．1％．

关键词：粗粒度可重构架构并行FFT算法 REMUS_LPP

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粗粒度可重构架构的模拟器设计与能效优化

粗粒度可重构架构的模拟器设计与能效优化

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作者：李锦超上海交通大学

学位级别：硕士

随着新兴应用的出现,专用集成电路、通用处理器和现场可编程门阵列等计算架构逐渐难以满足人们的需求,粗粒度可重构架构以其灵活的可配置性和显著的能效比优势,近年来不断得到关注。作为粗粒度可重构架构的特点之一,广泛的可配置性使得... 详细信息

随着新兴应用的出现,专用集成电路、通用处理器和现场可编程门阵列等计算架构逐渐难以满足人们的需求,粗粒度可重构架构以其灵活的可配置性和显著的能效比优势,近年来不断得到关注。作为粗粒度可重构架构的特点之一,广泛的可配置性使得架构具有广阔的设计空间,可以灵活地满足不同应用的需求。但同时也提高了其设计难度,架构设计人员常常需要在设计早期对设计的不同结构进行建模仿真,因此拥有便捷的建模和仿真工具显得尤为重要。粗粒度可重构架构模拟器需要满足高层次抽象建模,架构参数动态可配置,方便系统级集成等多方面需求。针对这些需求,本文提出了基于Gem5的粗粒度可重构架构系统级模拟器设计方案,该方案具有高度模块化、离散事件驱动和易于全系统仿真的优势。本文以一个具体的异构粗粒度可重构架构的模拟器实现为例,讲述了基于Gem5的建模设计过程以及系统级集成方案,旨在为粗粒度可重构架构建模工作提供一种通用、快速、易于系统集成的设计思路。结合该模拟器性能分析结果,本文对粗粒度可重构架构控制通路的设计方案进行了评估,发现了其指令配置代价过高的问题。为此,本文针对性地提出了基于相似性的指令压缩方案。该方案利用实践中发现的粗粒度可重构架构指令间具有的明显的相似性,实现了对指令的压缩。该方案能够在较小的性能损失前提下,明显地降低粗粒度可重构架构的指令配置代价,从而最终实现提高架构能效比的目的。实验结果表明,相比于两种基准架构本文的方案分别得到了36%和181%的面积效率比提升,33%和118%功耗效率比提升。

关键词：粗粒度可重构架构模拟器设计指令压缩能效比

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粗粒度可重构架构的循环调度映射算法研究与实现

粗粒度可重构架构的循环调度映射算法研究与实现

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作者：徐若玢上海交通大学

学位级别：硕士

粗粒度可重构架构(Coarse-Grained Reconfigurable Architecture,CGRA)作为一种具有通用处理器的灵活性和专用集成电路高效性的计算架构,得到了广泛的研究与应用。CGRA主要设计用来加速具有计算密集的循环结构,并取得了良好的效果。然而... 详细信息

粗粒度可重构架构(Coarse-Grained Reconfigurable Architecture,CGRA)作为一种具有通用处理器的灵活性和专用集成电路高效性的计算架构,得到了广泛的研究与应用。CGRA主要设计用来加速具有计算密集的循环结构,并取得了良好的效果。然而,面向CGRA的循环调度映射算法在硬件资源的利用率、灵活性以及计算效率的提高方面仍需进行更为深入的研究。本文主要针对CGRA的循环映射调度问题进行了研究。循环代码依据其结构的不同,可以分为完美循环和非完美循环。对于完美循环调度映射问题,我们提出了一种分离的sub-DFG调度映射方法。该方法会首先对完美循环进行循环展开或者循环合并,在DFG内部产生多个分离的sub-DFG,然后根据各个sub-DFG内部的算子数进行排序,顺序地对每个sub-DFG进行调度,最后采用一种结合了回溯和预见式思想的方法进行映射。对于非完美循环调度映射问题,我们提出了虚拟配置包合并技术。针对此技术,我们将循环体的算子的共性部分和个性部分区分开来,重新设计了配置信息模式。同时,我们提出了一个完整的完美和非完美循环编译处理流程。最后,我们对提出的完美循环和非完美循环的调度映射算法在所开发的GRVM编译器中进行了实现并在所开发的GReP粗粒度可重构平台上进行了验证。对于完美循环的调度映射,结果表明我们的方法能够以最优的迭代间隔对循环进行调度映射,同时保证了可重构硬件资源的高利用率。对于非完美循环的调度映射,我们和近期文献中的双流水映射方法进行了对比验证,结果表明,我们的方法较双流水方法提升了24.2%的PEA利用率,减少了28.5%的延时,61.4%的配置信息量和61.7%的重构次数。

关键词：粗粒度可重构架构循环调度映射虚拟配置包合并

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一种快速高效的粗粒度可重构架构编译框架

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微电子学与计算机 2019年第8期36卷 45-48,53页

作者：尹文志赵仲元毛志刚王琴绳伟光上海交通大学电子信息与电气工程学院

利用硬件和软件协同的设计技术来进一步提高粗粒度可重构加速器在处理循环时的编译时间与面积效率(单位面积的性能).在硬件方面将处理单元内部的寄存器堆结构优化,用旁路互联的方式替代.软件方面基于这种结构提出了一种新颖,高效的循环... 详细信息

利用硬件和软件协同的设计技术来进一步提高粗粒度可重构加速器在处理循环时的编译时间与面积效率(单位面积的性能).在硬件方面将处理单元内部的寄存器堆结构优化,用旁路互联的方式替代.软件方面基于这种结构提出了一种新颖,高效的循环映射算法.该算法相对于同期的研究算法,极大的缩小了搜索最优解决方案的空间.利用前向贪婪和反向回溯迭代运行,可以获得快速而又稳定的编译时间,同时保证了接近最优解的性能.在上述硬件与软件协同的解决方案下,架构的面积与计算效率得到了提升.实验数据显示,将本文的编译框架与最新技术比较,编译速度可提升1955倍,面积效率提升到1.36倍.

关键词：粗粒度可重构架构面积高效映射算法回溯

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针对粗粒度可重构架构的非完美循环映射方法

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微电子学与计算机 2018年第7期35卷 50-53,57页

作者：徐若玢赵仲元绳伟光何卫锋上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

针对粗粒度可重构架构,提出了一个解决非完美循环映射问题的方法.该方法从最外层到最内层循环,依次进行循环分裂,生成多个完美循环并为每个完美循环生成虚拟配置包,然后使用配置包合并技术,最后将合并后的配置包映射到可重构阵列上.该... 详细信息

针对粗粒度可重构架构,提出了一个解决非完美循环映射问题的方法.该方法从最外层到最内层循环,依次进行循环分裂,生成多个完美循环并为每个完美循环生成虚拟配置包,然后使用配置包合并技术,最后将合并后的配置包映射到可重构阵列上.该方法兼顾可重构阵列的效率和重构次数,较现有的双流水映射提高了24.2%的PE利用率,减少了61.7%的重构次数.

关键词：粗粒度可重构架构非完美循环循环分裂配置包合并

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大规模粗粒度可重构架构的编译器后端设计与优化研究

大规模粗粒度可重构架构的编译器后端设计与优化研究

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作者：叶鹏飞上海交通大学

学位级别：硕士

随着半导体工艺节点的推进,芯片的研发成本越来越高,研发人员对“应用定义芯片”的需求越来越迫切。可重构芯片可以兼顾计算效率和软件可编程性,通过打通“应用定义软件”和“软件定义芯片”,实现了这一需求。可重构芯片的编译器后端负... 详细信息

随着半导体工艺节点的推进,芯片的研发成本越来越高,研发人员对“应用定义芯片”的需求越来越迫切。可重构芯片可以兼顾计算效率和软件可编程性,通过打通“应用定义软件”和“软件定义芯片”,实现了这一需求。可重构芯片的编译器后端负责将待加速的应用自动化地映射到多个可重构处理单元上,是可重构芯片高效运行中至关重要的一环。处理单元变多是可重构架构必然的发展趋势之一,但同时也给编译器后端设计带来了新的需求和挑战。本文主要针对一种包含1024个处理单元的大规模粗粒度可重构架构展开研究,由于其异构化的访存单元设计、更加有限的PE互连资源、多级流水线的处理单元设计等架构新特性,使得已有的编译器后端设计不再适用。本文为此设计并实现了一种新的编译器后端工具。该工具基于LLVM编译框架,可以自动化地提取出计算密集型应用的循环体部分并构建出数据流图,经过对数据流图的算子预处理、调度和映射等步骤,最后生成在目标可重构处理单元阵列上执行所需要的配置包。本文将此后端工具连同编译过程中用到的其他工具,集成为了一套完整的目标系统编译器,该编译器可以简单直接地生成目标系统中三层指令集架构的可执行文件,由此提升了编译器的易用性。为了进一步充分利用目标架构丰富的并行资源,基于其指令切换和同步代价过大的问题,本文探索并实现了两种编译器后端优化策略。针对数据流图规模较小的应用,提出一种新的基于数据流图划分的后端优化策略,该策略同时考虑了存储感知优化以及数据重划分,可以大大提高最终的应用加速比;针对数据流图规模较大的应用,提出了一种基于模拟退火的指令相似性调优算法,该算法配合指令分段切换结构,可以大幅减少指令存储开销。本文实现了典型计算密集型应用在目标架构上的自动化编译,和手动映射相比没有性能损失,编译生成的可执行文件在RTL仿真环境中作为输入激励可以运行出正确结果,并且获得了相对通用处理器平均23.2倍的应用加速比。针对两种优化策略,通过比较性能和指令相似性等仿真数据,分别得到了平均129%的性能提升,平均43.03%的指令相似性提升,以及对应平均72.32%的指令存储开销下降。

关键词：粗粒度可重构架构编译器后端并行性

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面向ITE和NITE型控制流加速的粗粒度可重构架构优化设计

面向ITE和NITE型控制流加速的粗粒度可重构架构优化设计

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作者：宋文博东南大学

学位级别：硕士

粗粒度可重构架构（Coarse-Grained Reconfigurable Architecture,CGRA）是近年来兴起的一种兼具灵活性和高能效的领域专用处理架构,一定程度上填补了专用集成电路和通用处理器之间的空白。然而,CGRA受限于数据流驱动特性,对于大量应用... 详细信息

粗粒度可重构架构（Coarse-Grained Reconfigurable Architecture,CGRA）是近年来兴起的一种兼具灵活性和高能效的领域专用处理架构,一定程度上填补了专用集成电路和通用处理器之间的空白。然而,CGRA受限于数据流驱动特性,对于大量应用场景中出现的if-then-else（ITE）和nested if-then-else（NITE）型控制流无法高效处理。而基于状态的完全条件执行（State-based Full Predication,SFP）策略,作为一种主流解决方法,虽然可以实现ITE和NITE的基本功能,但仍存在由状态寄存器改写等冗余操作所导致的处理性能低的问题。本文设计了一种基于标签的完全条件执行策略（Tag-based Full Predication,TFP）,将伪分支SFP（PSFP）中基于标签的唤醒机制拓展并应用于操作无效化。TFP策略相对于现存策略的改进之处不仅在于以标签异同决定操作执行与否,而且在于采用分布式操作无效化和并行化标签改写机制,消除了传统SFP中因集中式状态转移而引入的串行冗余操作。此外在功耗优化方面,本文利用现有门控时钟方法,通过减少操作无效化时计算单元的寄存器的翻转,降低动态功耗。本文对所改进的方案进行了硬件架构设计和FPGA综合实现,并分别对基于伪分支和计数器唤醒（CSFP）的两种SFP方案进行了RTL复现。本文从Mibench和SPEC CPU2006基准测试集中,提取了具有ITE和NITE结构的循环程序段作为负载应用,并手工映射至CGRA硬件架构。通过比对Vivado环境中的RTL级仿真结果与C程序运行结果,本文对架构设计的功能正确性进行了验证,并在此基础上分别对性能和功耗进行了对比评估。实验结果表明,相比于传统PSFP和CSFP方法,本方案性能提升30%以上,功耗开销增加10%以内。冗余操作的消除直接带来了性能的提升。

关键词：粗粒度可重构架构控制流加速 ITE NITE 条件执行

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面向分组密码算法的高面积效率可重构架构

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东南大学学报（自然科学版） 2016年第5期46卷 939-944页

作者：杨锦江曹鹏杨军东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心南京210096

为了提升安全应用中分组密码算法的面积效率,提出了一种基于粗粒度可重构计算的硬件架构.在可重构架构设计过程中采用了2种优化方案,即利用Benes网络优化可重构计算阵列的层间互联和基于配置信息的使用频度优化配置信息的组织方式.实验... 详细信息

为了提升安全应用中分组密码算法的面积效率,提出了一种基于粗粒度可重构计算的硬件架构.在可重构架构设计过程中采用了2种优化方案,即利用Benes网络优化可重构计算阵列的层间互联和基于配置信息的使用频度优化配置信息的组织方式.实验结果表明:采用基于Benes网络的层间互联方案后,可重构阵列中层间互联的面积开销减少了51.61%;采用基于使用频度的配置信息层次化组织方式后,AES分组密码算法和DES分组密码算法的配置时间分别缩短了80%和88%,配置时间占总时间的百分数分别下降了42%和39%.这2种分组密码算法在该可重构架构上实现的面积效率为同类架构的3.95和1.51倍.因此,所提的2种优化方案能够有效降低面积开销,提高可重构架构的性能,有助于分组密码算法高面积效率的实现.

关键词：分组密码算法粗粒度可重构架构层次化配置面积效率

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面向通信基带信号处理的可重构计算关键技术研究

面向通信基带信号处理的可重构计算关键技术研究

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作者：梅晨东南大学

学位级别：博士

随着通信、计算机、微电子等技术的飞速发展,无线通信标准呈现出不断演进、多种标准兼容的发展趋势,对基带处理架构的计算能力和灵活性提出了更高的要求,给架构设计人员和芯片研发人员提出了巨大的挑战。目前主流的通信协议,如LTE-A、Wi... 详细信息

随着通信、计算机、微电子等技术的飞速发展,无线通信标准呈现出不断演进、多种标准兼容的发展趋势,对基带处理架构的计算能力和灵活性提出了更高的要求,给架构设计人员和芯片研发人员提出了巨大的挑战。目前主流的通信协议,如LTE-A、WiMAX、Wi-Fi等,均采用了多天线MIMO技术和正交频分复用OFDM技术作为核心的基带信号处理方案。粗粒度可重构架构具备硅后功能定制的特征,通过对结构可变的硬件进行配置以适应不同算法的处理需求,兼备通用处理器的灵活性和ASIC的高能效性,是实现通信基带信号处理算法的理想硬件平台。论文在细化并扩展传统模型的基础上,建立了系统、精确的可重构架构解析模型,指导并优化面向通信基带的领域专用粗粒度可重构计算架构RaSP-BB(ReconfigurAble Signal Processor-BaseBand)的设计,在实现MIMO-OFDM核心算法时获得较高的阵列计算效率和存储访问性能。论文的主要工作与创新点为：(1)建立了可重构架构解析模型,包括基于流水线气泡分析的循环内核模型、基于访存权重分析的片上存储访问模型和基于算法配置流分析的多任务同步模型。在对算法特征参数与硬件微结构参数抽象的基础上,模型通过定量分析各类参数与系统性能解析关系的建模方法,完成对程序执行时间的准确评估；同时,模型提供程序执行CPI(Cycles per Instruction)栈,定位系统性能瓶颈,从而指导架构设计。(2)优化了RaSP-BB的计算阵列,提出了多组织结构的路由形态,改进了阵列接口结构：在传统crossbar结构的基础上增加同层累加互联以适应基带算法数据流,并利用不同数据局部性特性设计基于访问特性自适应的阵列多输入输出源接口,从而在有效提高阵列利用率的同时减少阵列执行的流水线气泡。(3)优化了RaSP-BB的层次化存储结构,提出了基于地址重映射的无冲突共享存储结构,改进了多模态自适应的本地存储：通过改变共享存储体中的算法分配机制和阵列／存储间硬件步长映射逻辑,以及利用多模态自适应存储支持转置、交叠、拼接等访存模态,从而在处理基带算法时有效地避免计算引擎间数据传输,降低访存冲突和访存模态带来的访问延时。为了验证上述面向通信基带信号处理可重构架构的设计方法,论文实现了基于RaSP-BB的RTL模型并进行了仿真验证。通过对比RTL仿真及解析结果,解析模型在可重构架构REMUS-Ⅱ和RaSP-BB上的评估精确度较高,分别为94.52%和93.83%。基于TSMC 45nm工艺,RaSP-BB在工作主频为400MHz时,处理无线通信基带信号处理核心算法的RTL仿真性能如下：4096点FFT的处理周期为3295 cycles(8.23 ns),采用K-best算法处理4×4 MIMO检测的吞吐率达1072 Mbps(K=3时),Mapping和De-mapping映射时间为0.55和0.28 cycle/symbol,32-Tap FIR的处理速度平均为2.4 cycle/symbol。与REMUS-Ⅱ相比,RaSP-BB核心算法性能平均提升39.98%。与当前主流可重构架构相比,RaSP-BB架构针对计算、访存较复杂的算法如FFT、MIMO检测等,可以获得较优的算法性能；同时也能较好的支持调制映射、FIR等其他通信基带算法,具有足够的灵活性。

关键词：粗粒度可重构架构解析模型通信基带算法可重构计算阵列可重构存储子系统

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