12、在可重配置 SIMD Morphosys 上实现交互式光线追踪

在可重配置 SIMD Morphosys 上实现交互式光线追踪

1. 引言

随着图形处理需求的不断增长，尤其是在便携设备（如手机和平板电脑）上实现高质量3D图形的需求，传统的多处理器和单CPU方法逐渐暴露出其局限性。为了应对这些挑战，研究人员开发了一种名为形态系统（Morphosys）的可重配置单指令多数据（SIMD）架构。本文将详细介绍如何在形态系统上实现高效的实时光线追踪，并探讨其在便携设备上的应用潜力。

2. 形态系统架构概述

形态系统是一种专为便携设备设计的可重配置SIMD架构，旨在在通用处理器和专用集成电路（ASIC）之间取得更好的通用性和效率折衷。它结合了64个可重配置单元（RC单元）的阵列和一个中心精简指令集计算机处理器（TinyRISC），以便可以高效地在它上面实现具有混合顺序任务和粗粒度并行性的应用程序。

2.1 RC单元设计

每个RC单元是一个16位定点处理器，主要由以下组件构成：
- 算术逻辑单元（ALU）
- 16位乘法器
- 移位器
- 包含16个寄存器的寄存器文件
- 1KB的内部RAM，用于存储中间值和本地数据

这些RC单元通过强大的互连结构支持并行子任务之间的通信。每个RC可以与其上、下、左、右邻居直接进行点对点通信。此外，一条水平和一条垂直短路径将一个RC的连接扩展到同一象限（4x4 RCs）中的其他6个RCs，按行和列排列。一条水平和一条垂直的全局快速路径将一个RC连接到8x8 RC阵列中其行和列上的所有其他14个RCs。

2.2 上下文切换机制

通过加载和执行不同的指令流，称为“上下