分片式流處理器體系結構.pdf

1、納米工藝所帶來的功耗、線延遲和設計復雜度等問題制約了處理器體系結構的發(fā)展，分片式結構設計是解決這些問題的一種方法。分片式流處理器作為一種面向數(shù)據(jù)密集型應用的處理器結構，可以利用摩爾定律的發(fā)展帶來的豐富而廉價的晶體管資源，實現(xiàn)處理器結構的可擴展。分片式結構設計的基本思想是將計算、存儲和互連資源組織成片式的基本結構單元，這些片式單元是相對簡單的、分布式控制且可重用的；大量的片式單元由高能效、可擴展的片上網(wǎng)絡連接起來。分片式流處理器的性能是否

2、也具有可擴展性依賴于其支持的編程模型、片上存儲層次、片上互連網(wǎng)絡以及計算模型。本文分別從分片式流處理器的計算模型、指令系統(tǒng)、體系結構、流編程模型映射四個方面開展研究。主要研究內容和成果包括以下四個部分。
　　 (1)研究了類數(shù)據(jù)流計算模型的原理，提出了一種適合組織分片式流處理器中計算資源的單塊多數(shù)據(jù)(Single Block Multi Data，SBMD)計算模型，設計了支持此計算模型的指令系統(tǒng)DISC-D。SBMD指在一個超

3、塊內部處理多份數(shù)據(jù)，每份數(shù)據(jù)根據(jù)自己對應的數(shù)據(jù)流依賴關系執(zhí)行。謂詞技術把程序中每份數(shù)據(jù)所對應的控制流依賴轉化為數(shù)據(jù)流依賴，在超塊內部消除控制流轉移，這樣每份數(shù)據(jù)可以按照不同的控制流路徑執(zhí)行。SBMD模型支持程序中循環(huán)體間顯式的消息傳遞。
　　 (2)設計了一種分片式流處理器體系結構TPA-PD。TPA-PD采用類數(shù)據(jù)流驅動的計算模型來組織計算資源，使用軟件管理的片上存儲層次開發(fā)應用中的數(shù)據(jù)局部性。TPA-PD采用分片式的設計思想

4、，使用多個片上互連網(wǎng)絡把片上的各種資源互連起來。
　　 (3)設計并實現(xiàn)了流編程模型在TPA-PD上的映射。TPA-PD支持流編程模型StreamC/KernelC。StreamC/KernelC是為Imagine流處理器開發(fā)的，為了能在TPD-PD上運行StreamC/KernelC語言編寫的代碼，我們實現(xiàn)了流級翻譯器和kernel級二進制翻譯器，把在Imagine平臺上的流級指令信息和kernel級微碼翻譯到TPA-PD平臺