9、特定领域加速器：自动机、图与数据库处理技术

特定领域加速器：自动机、图与数据库处理技术

1. 自动机处理

1.1 性能提升挑战与方案

自动机处理在移植时可能会出现显著的减速问题，最高可达 46 倍。为克服这一局限，研究人员提出了软件转换和硬件扩展方案，如报告聚合和报告排队，以提高 I/O 带宽利用率。

由于单个 AP 设备仅支持 48K 状态，Liu 等人将大型 NFA 划分为热状态和冷状态，减少重新配置 AP 的开销。通过将大部分 AP 资源用于执行热状态的转换，相比基线 AP 实现了 2.1 倍的加速。Subramaniyan 等人则提出低成本扩展，打破 AP 对单个输入流的顺序处理瓶颈，支持枚举并行化。通过终止 NFA 中不活跃或已收敛的枚举路径，使枚举成为可能。

1.2 利用其他内存基板

近年来，一些研究展示了 SRAM、eDRAM 和 ReRAM 等其他内存技术加速自动机处理的潜力。例如，Micron 的自动机处理器在较低技术的 DRAM 节点上实现路由矩阵，占用了大量芯片面积，且物理 DRAM 容量相对较小。而 Subramaniyan 等人发现，基于 SRAM 的高速缓存可将自动机处理加速 9 - 15 倍。

为克服空间内存中心自动机处理架构 8 位固定符号处理的限制，Sadredini 等人提出了多种解决方案。他们通过每个周期处理多个 4 位符号，提高状态匹配资源的利用率；提出自动机编译器，实现任意位宽处理；还观察到全交叉开关在许多实际 NFA 中过度配置，提出基于简化交叉开关的互连，提高状态转换的面积效率。

1.3 自动机处理总结

以内存为中心的自动机处理架构，如 Micron 的 AP，利用