二維SIMD結構的編譯優(yōu)化與功耗研究.pdf

1、近年來隨著多媒體應用的日益普及和多樣化,這些應用對底層設備的處理能力也提出越來越高的要求,采用傳統(tǒng)的一維SIMD結構或者為專門應用設計的ASIC已經(jīng)無法滿足這些應用。二維SIMD結構由于其高性能、可編程和低功耗的特性,已經(jīng)引起了學術界和工業(yè)界的廣泛關注,許多大公司例如:Mortorala、Intrinsity、Morphotech和Folsom等,都相繼推出了采用二維SIMD結構作為多媒體加速部件的SOC。二維SIMD結構是一個由N×N

2、的處理單元(PE)按照一定的拓撲結構連接組成的陣列結構,其同行或列上的處理單元能夠以SIMD方式工作,多行或列之間并行執(zhí)行,基于二維SIMD結構的并行處理能力,它常被作為多媒體加速部件與通用處理器集成在一個SOC上。雖然二維SIMD結構已經(jīng)得到了越來越廣泛的應用,但目前針對二維SIMD結構的編譯優(yōu)化技術研究卻遠遠滯后于該結構的普及。在這種情況下,程序員只能通過手工編寫內(nèi)嵌匯編代碼的方式利用二維SIMD結構的并行性,這就要求程序員不僅熟悉

3、應用程序,而且還要對底層結構有深入的了解,并且具備相當?shù)牟⑿刑幚砭幊棠芰?這都極大增加了程序員的負擔。同時由于沒有有效編譯優(yōu)化技術的支持,目前針對二維SIMD結構的研究不夠深入,關于二維SIMD結構的功耗特性及其與性能之間關系的研究都沒有展開,這都給二維SIMD結構的更廣泛應用設置了障礙,因此針對二維SIMD結構進行編譯優(yōu)化技術的研究具有十分重要的學術價值和現(xiàn)實意義。本文對目前廣泛采用的二維SIMD結構軟硬件進行了分析,并在此基礎上設計

4、了二維SIMD結構的模擬器、編譯工具鏈和編譯優(yōu)化系統(tǒng),還在編譯優(yōu)化系統(tǒng)的幫組下對二維SIMD結構的功耗特性展開了研究,本文的主要貢獻如下所示:1.對目前廣泛采用的二維SIMD結構軟硬件特性進行了分析,總結了該類型結構的特點,并在此基礎上設計了基于SimpleScalar的二維SIMD結構性能模擬器、功能模擬器和編譯工具鏈。2.針對多媒體應用程序的特點和二維SIMD結構的特性提出了一種二維SIMD結構的編譯框架和一系列的編譯優(yōu)化算法,不僅