二維SIMD結(jié)構(gòu)的編譯優(yōu)化與功耗研究.pdf

1、近年來(lái)隨著多媒體應(yīng)用的日益普及和多樣化,這些應(yīng)用對(duì)底層設(shè)備的處理能力也提出越來(lái)越高的要求,采用傳統(tǒng)的一維SIMD結(jié)構(gòu)或者為專門(mén)應(yīng)用設(shè)計(jì)的ASIC已經(jīng)無(wú)法滿足這些應(yīng)用。二維SIMD結(jié)構(gòu)由于其高性能、可編程和低功耗的特性,已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)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(jié)構(gòu)作為多媒體加速部件的SOC。二維SIMD結(jié)構(gòu)是一個(gè)由N×N

2、的處理單元(PE)按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接組成的陣列結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)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(gè)SOC上。雖然二維SIMD結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,但目前針對(duì)二維SIMD結(jié)構(gòu)的編譯優(yōu)化技術(shù)研究卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于該結(jié)構(gòu)的普及。在這種情況下,程序員只能通過(guò)手工編寫(xiě)內(nèi)嵌匯編代碼的方式利用二維SIMD結(jié)構(gòu)的并行性,這就要求程序員不僅熟悉

3、應(yīng)用程序,而且還要對(duì)底層結(jié)構(gòu)有深入的了解,并且具備相當(dāng)?shù)牟⑿刑幚砭幊棠芰?這都極大增加了程序員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)由于沒(méi)有有效編譯優(yōu)化技術(shù)的支持,目前針對(duì)二維SIMD結(jié)構(gòu)的研究不夠深入,關(guān)于二維SIMD結(jié)構(gòu)的功耗特性及其與性能之間關(guān)系的研究都沒(méi)有展開(kāi),這都給二維SIMD結(jié)構(gòu)的更廣泛應(yīng)用設(shè)置了障礙,因此針對(duì)二維SIMD結(jié)構(gòu)進(jìn)行編譯優(yōu)化技術(shù)的研究具有十分重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)目前廣泛采用的二維SIMD結(jié)構(gòu)軟硬件進(jìn)行了分析,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)

4、了二維SIMD結(jié)構(gòu)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(duì)二維SIMD結(jié)構(gòu)的功耗特性展開(kāi)了研究,本文的主要貢獻(xiàn)如下所示:1.對(duì)目前廣泛采用的二維SIMD結(jié)構(gòu)軟硬件特性進(jìn)行了分析,總結(jié)了該類型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于SimpleScalar的二維SIMD結(jié)構(gòu)性能模擬器、功能模擬器和編譯工具鏈。2.針對(duì)多媒體應(yīng)用程序的特點(diǎn)和二維SIMD結(jié)構(gòu)的特性提出了一種二維SIMD結(jié)構(gòu)的編譯框架和一系列的編譯優(yōu)化算法,不僅