12、可重构SIMD MorphoSys上的交互式光线追踪

可重构SIMD MorphoSys上的交互式光线追踪

1. 引言

MorphoSys是一种面向便携式设备的可重构单指令多数据（SIMD）架构，它结合了粗粒度可重构硬件和一个通用处理器，能高效实现具有异构性质和不同子任务的应用。光线追踪是一种全局光照模型，因其递归特性具有高度计算密集性。近年来，随着超大规模集成电路（VLSI）技术的快速发展，在多处理器、集群系统以及带有SIMD扩展的单台PC上都实现了交互式光线追踪。

不同的实现方案各有优缺点：
- 多处理器和集群系统 ：如Parker在60节点的SGI Origin 2000系统上实现了512×512图像15帧/秒的渲染速度，但存在额外成本高的问题，如高时钟频率、浮点支持、大内存带宽等，且通常在每个处理器中复制细分结构。
- 单台PC ：Wald使用带有SIMD扩展的单台PC（双奔腾III，800MHz，256MB）实现了512×512图像3.6帧/秒的渲染速度，利用了4路光线相干性，但处理光线非相干性时需要保存中间数据，导致部分处理器闲置。
- 图形硬件 ：Purcell提出在流水线图形系统上的光线追踪映射方案，但SIMD片段处理器利用率低；Carr将光线 - 对象相交映射到可编程着色硬件Ray Engine上，仅能处理静态场景。

本文提出了一种将基于二叉空间划分（BSP）的光线追踪映射到MorphoSys的新方案，该方案利用了大规模并行性，同时采用简单直接的机制处理光线非相干性问题，并应用了对象测试重排序和合并等优化方法。在300MHz下，MorphoSys能为256×256场景实现1