Средства и методы повышения производительности и снижения энергопотребления систем на кристалле, реализуемых на базе программируемых логических интегральных схем

• Автор: Шалтырев, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Введение

1. Современные методы и средства реализации СнК на основе ПЛИС.

1.1. ПЛИС как технологическая платформа для СнК

1.2. Современные ПЛИС и САПР для разработки СнПК.

1.3. Средства и методы повышения эффективности использования ПЛИС при реализации СнПК

1.3.1. Применение специализированных процессорных ядер.

1.3.2. Реализация параллельной обработки данных с использованием специализированных сопроцессоров.

1.3.3. Применение динамической реконфигурации ПЛИС.

1.4. Выводы и постановка задачи.

2. Модификация процессорных ядер путем сокращениянабора команд

2.1. Возможные пути модификации процессорных ядер

2.2. Методика модификации процессорных ядер
2.3. Методика оценки параметров синтезируемых процессорных ядер.
2.3.1. Оценка ресурсоемкое синтезируемых структур.
2.3.2. Оценка рабочих тактовых частот синтезируемых структур.
2.3.3. Маршрут экспериментального проектирования.
2.3.4. Сравни тельный анализ синтезируемых процессорных ядер.
2.4. Набор исходных процессорных ядер и тестовых приложений
2.5. Корреляция параметров при размещении на различных кристаллах
2.6. Параметры, процессорных ядер тестового набора.
2.7. Влияние предложенной модификации на ресурсоемкость и рабочую тактовую частоту синтезируемых процессорных ядер.
2.8. Влияние модификации на энергопотребление.
2.8.1. Структура энергопотребления синтезируемых структур
2.8.2. Энергопотребление модифицированных структур.
2.9. Практическое применение предложенной методики.
2 Выводы.
3. Организация многоканальной потоковой обработки данных.
3.1. Современные методы увеличения производительности сопроцессоров, используемых в составе СнПК
3.2. Структура и принципы функционирования потокового сопроцессора
3.3. Характеристики систем параллельной обработки информации.
3.4. Оценка параметров системы методами математического аппарата ТМО .
3.5. Влияние количества каналов обработки и внутренних задержек на характеристики системы.
3.5.1. Упрощенная математическая модель системы
3.5.2. Характеристики ЮТЬмодели системы.
3.6. Снижение рабочей тактовой частоты при масштабировании системы
3.7. Локальносинхронная многоканальная система
3.8. Влияние дисперсии времени обработки на эффективность многоканальной системы обработки
3.8.1. Равномерное распределение времени обработки.
3.8.2. Пуассоновское распределение времени обработки
3.8.3. Нормальное распределение времени обработки.
3.8.4. образное распределение времени обработки.
3.9. Оценка вероятности отказов в случае неконтролируемого потока
3 Выводы.
4. Динамическая реконфигурация структуры СнПК с использованием компрессии конфигурационных файлов.
4.1. Методы и средства динамической реконфигурации структуры СнПК
4.2. Оценка эффективности динамической реконфигурации
4.3. Анализ структуры конфигурационных файлов
4.4. Оценка энтропии и теоретически возможной степени компрессии
конфигурационных файлов
4.5. Алгоритмы компрессии и декомпрессии конфигу рационных файлов
4.6. Результаты применения предложенного алгоритма компрессии
4.7. Выводы
Заключение.
Список литературы


В рамках работ но созданиюрадиолокационных станций 1, Н6Е, 1РЛ3Е ВНИИРТ,. Москва разработаны вычислительные блоки 5П4ИИ, 4ИИ с унифицированными ячейками обработки сигналов 2ХЛ2, 2X на базе ПЛИС. В процессе разработки былииспользованы методика оценки эффективности динамической реконфигурации и алгоритм компрессии конфигурационных файлов, предложенные в диссертации Применение алгоритма, компрессии позволило сократить в. ПЛИ. Методика модификации синтезируемых процессорных ядер, основанная на исключении из. Методика оценки эффективности модификации синтезируемых процессорных ядер, позволяющая проводить сравнительный анализ синтезируемых процессорных ядер с . Структура многоканальной системы обработки информации, обеспечивающая повышение производительности системы за счет использования естественного параллелизма вычислений. Методика оценки эффективности динамической реконфигурации по сравнению с классической СнПК, позволяющая на этапе проектирования системы оценить выигрыш в удельной производительности, достигаемый за счет применения динамической реконфигурации структуры СнПК, а также определить ресурсосмкость сопроцессора, для которого реконфигурация будет эффекгивной. Алгоритм иерархической компрессии конфигурационных данных ПЛИС, обеспечивающий высокую степень сжатия и допускающий аппаратную реализацию без использования блочной памяти кристалла. Система на кристалле СнК представляет собой сложную интегральную схему, объединяющую в одном кристалле основные функциональные блоки конечного продукта процессор, память, специализированные функциональные блоки, блоки интерфейсов, аналоговоцифровые блоки, радиочастотные блоки и т. И При создании цифровых СнК возможно использование в качестве технологической платформы программируемых логических интегральных схем ПЛИС. На базе современных ПЛИС могут быть реализованы все цифровые функциональные блоки СнК, то есть может быть получена полная структура системы за исключением аналоговых устройств. Разработка СнК на основе ПЛИС i, , СнПК предполагает использование программируемых кристаллов, конфигурирование которых при условии наличия достаточного объема логических элементов позволяет создавать достаточно сложные цифровые устройства. При этом экономическая эффективность реализации малых серий и единичных опытных образцов СнПК резко возрастает по сравнению с изготовлением заказных микросхем I, так как для изменения разработанной. ПС и изготовлением новых опытных образцов . По этой же причине при использовании ПЛИС существенно сокращаются сроки повторного проектирования. Применение ПЛИС позволяет существенно сократить время разработки и модификации СнК по сравнению с процессом изготовления заказных 1 как известно, технологический цикл изготовления современных СБИС может продолжаться несколько недель, а для изменения конфигурации ПЛИС достаточно, как правило, нескольких минут. Существенным преимуществом современных ПЛИС является то, что они представляют собой многократно программируемые устройства, структура и функции которых могут оперативно корректироваться как в процессе разработки, так и в процессе эксплуатации систем, реализованных на их базе. ПЛИС может быть реконфигурирована для выполнения других задач . Надежность разрабатываемых на основе ПЛИС систем также повышается. Это обусловлено тем, что регулярная структура базовых кристаллов может быть полностью протестирована их производителем, в результате чего вероятность отказов и сбоев изза технологических дефектов существенно снижается. Кроме того, при использовании ПЛИС существенно возрастают возможности для проведения верификации и отладки проектируемых устройств. В настоящее время все более широкое распространение приобретает последняя из перечисленных выше методик . Суть данного подхода состоит в том, что описание проекта выполняется на одном из языков высокоуровневого описания аппаратуры V, Vi, Vi и впоследствии1 с помощью САПР отображается на выбранный базис логических элементов САПР компаний , i, i при реализации в виде заказной СБИС или. САПР производителей ПЛИС . Существенное преимущество.