面向領(lǐng)域應(yīng)用的可重構(gòu)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的處理部件大致可分為通用計(jì)算器件和專用計(jì)算器件。通用計(jì)算器件具有通用性強(qiáng)、但效能不高的特點(diǎn)，專用計(jì)算器件則具有靈活性差但效能高的特點(diǎn)?？芍貥?gòu)計(jì)算器件的興起成為這兩種計(jì)算模式的緩沖帶，不僅能夠通過重構(gòu)成為完成某項(xiàng)功能的高效專用器件，而且可以通過動(dòng)態(tài)重構(gòu)靈活地實(shí)現(xiàn)不同功能的切換。而目前通用的可重構(gòu)計(jì)算，為了滿足通用性、靈活性的要求，其重構(gòu)粒度相對(duì)較細(xì)，這樣就使得對(duì)其管理、調(diào)度、重構(gòu)等代價(jià)相對(duì)較大。因此，在豐富和發(fā)展了可重構(gòu)理

2、論與技術(shù)的基礎(chǔ)上，PRCA體系結(jié)構(gòu)理念，其引入構(gòu)件概念對(duì)重構(gòu)粒子進(jìn)行擴(kuò)展。因此，從邏輯門、片內(nèi)邏輯塊、IP核、部件直到子系統(tǒng)都是多維重構(gòu)的“可重構(gòu)粒子”。在PRCA系統(tǒng)中，基于對(duì)“應(yīng)用的屬性、服務(wù)質(zhì)量、負(fù)載變化、系統(tǒng)構(gòu)件資源”的認(rèn)知，來(lái)識(shí)別應(yīng)用的需求、應(yīng)用的變化，以及系統(tǒng)中可以利用的處理資源。依據(jù)盡可能高效、或可信安全的原則，在應(yīng)用需求與計(jì)算資源間動(dòng)態(tài)決策出效能最優(yōu)的匹配，構(gòu)建出適合于應(yīng)用需求的處理結(jié)構(gòu)。并且該結(jié)構(gòu)隨著應(yīng)用的變化，如：計(jì)

3、算進(jìn)展階段、處理負(fù)荷等的變化，而進(jìn)行結(jié)構(gòu)的主動(dòng)變更。這樣，就實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)適應(yīng)應(yīng)用的理念。PRCA體系結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然也存在相當(dāng)多的挑戰(zhàn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)于領(lǐng)域內(nèi)有限應(yīng)用的集合，存在著最適宜的處理結(jié)構(gòu)，在滿足領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的基礎(chǔ)上達(dá)到效能最優(yōu)。而特征是領(lǐng)域應(yīng)用本質(zhì)屬性的反映，因此基于對(duì)領(lǐng)域應(yīng)用特征的分析，可以建立最合適的計(jì)算模型，為使用和構(gòu)建最合適的處理部件提供必要支撐。特征模型的方法已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如制造業(yè)、自

4、然語(yǔ)言分析、軟件設(shè)計(jì)等。本文把特征模型的方法引入到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，建立了以特征向量、特征矩陣模型的應(yīng)用特征表達(dá)形式，給出了特征相關(guān)概念的定義，研究了特征的運(yùn)算方法和相關(guān)性質(zhì)，并建立了從特征樹建立、特征量化、特征空間建立到特征規(guī)約聚類的領(lǐng)域應(yīng)用算法建模過程。⑵基本功能單元設(shè)計(jì)的好壞，很大程度上決定了體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算效率。因此，本文基于算法特征，把計(jì)算?；纸鉃橐粋€(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子過程，使領(lǐng)域應(yīng)用劃分為具有共性的算核，為提高硬件資源計(jì)算的復(fù)用程度

5、，使其具有高性能和靈活性，提供了理論基礎(chǔ)。把效能控制轉(zhuǎn)化為資源利用率問題，進(jìn)而表達(dá)為算核利用率問題，提出了算核利用率均等迭代算法來(lái)求解算核，達(dá)到了高效能的目的。⑶計(jì)算模型是算法設(shè)計(jì)者與體系結(jié)構(gòu)家之間的一個(gè)橋梁，是算法設(shè)計(jì)和分析的基礎(chǔ)。原有的時(shí)間、空間二維計(jì)算模型受制于主頻、功率等因素，即能耗因素。因此引入功耗，作為獨(dú)立于空間和時(shí)間的一維約束，使結(jié)構(gòu)受解算目標(biāo)的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，兼顧高效計(jì)算和靈活性。并且，為了屏蔽異構(gòu)處理資源的差異，將硬件結(jié)構(gòu)劃

6、分為應(yīng)用結(jié)構(gòu)和元結(jié)構(gòu)，并論述了元結(jié)構(gòu)的組合和轉(zhuǎn)化形式。為了實(shí)現(xiàn)效能計(jì)算，在時(shí)、空計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了基于元結(jié)構(gòu)的時(shí)空能計(jì)算模型，分析了模型的時(shí)間、空間、能耗不同維度特性。建立了異構(gòu)資源的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)視圖。⑷對(duì)于具體計(jì)算的子任務(wù)要分配到由不同類型的處理器構(gòu)成的異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)中，有多種對(duì)應(yīng)方法。不同的映射結(jié)果性能不同，甚至差距很大。本文從模糊化代價(jià)函數(shù)入手，以既競(jìng)爭(zhēng)又合作的復(fù)雜關(guān)系為處理對(duì)象，采用博弈論方法，實(shí)現(xiàn)算法和結(jié)構(gòu)的多對(duì)多映射，提供了一個(gè)