可重构计算处理器技术【阅读笔记】

可重构计算处理器技术

Tips

可重构计算

两个特点：

1. 制造后芯片的功能单元具有可重构能力
2. 能实现很大程度的算法到计算引擎的空间映射

可重构计算方式

可重构计算采用的是一种将指令流驱动处理器的功能灵活性和数据流驱动处理器的高能量效率
(即性能功耗比) 结合在一起的计算方式，其在性能、功耗和功能灵活性等芯片的关键指标之间具有更好的平衡。

可重构计算处理器可以在运行时通过配置流来动态改变运算单元阵列的功能 ，然后通过数据流来驱动运算单元阵列进行计算，因此是一种由配置流和数据流来共同驱动的计算方式。

可重构计算应用领域特点

计算密集、数据间依赖关系较弱、运算形式规则且具备较强并行性、控制流和数据流能够有效分离等

颗粒度

颗粒度指的是数据的最小位宽 。

任务编译

将应用程序通过任务划分、代码变换、任务调度及映射等过程，最终将应用程序编译生成可重构计算处理器中主控制器的控制码和可重构硬件的配置信息

为什么可重构计算

传统计算技术：基于指令流驱动，基于数据流驱动都有缺陷

1. 指令流驱动的处理器通常具有很强的灵活性，但指令驱动的执行方式、有限的运算单元和存储带宽，使得此类处理器的整体性能和功耗很不理想；
2. 数据流驱动的处理器计算类型称为定制计算或者专用计算，专用计算根据特定的应用来定制电路结构，无需指令集，其执行速度因而很快、功耗很低，但其灵活性和扩展性很差，无法满足层出不穷、不断演进的应用需求。

可重构计算处理器的硬件架构


与传统的指令流驱动处理器一样，可重构处理器也主要由控制单元、数据通路、存储器和输入/输出接口组成

可重构的实现

与指令流处理器的主要差别在于，控制单元通过配置信息而不是指令来控制数据通路的行为，存储器当中所存储的指令也被配置信息所取代

数据通路由运算单元阵列PEA组成，阵列内部继承了众多基本算术运算单元（如加法器，乘法器等）和逻辑运算单元（如与、或、非等逻辑门），控制单元通过配置信息来选择和组织这些运算单元，以实现特定的功能

数据通路

PEA实例：

• 运算单元PE通过路由逻辑互相连接组成PEA
• PEA通过I/O buffer和AHB接口与存储器交换数据
• PEA通过Config context buffer和AHB接口与控制单元和存储器交换配置信息
• PEA通过Interrupt接口向控制单元发送中断信号

数据通路通常包含多个PEA：

这些PEA被片上程序管理器(On-chip program manager)——硬件模块加以控制，以最大限度地提高PEA的计算效率

运算单元阵列(PEA