可重构计算（Reconfigurable Computing）

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1、可重构计算（ReconfigurableComputing）李磊eniac@ncic.ac.cn智能中心HPC-OG组2003-10-22内容¢RC：what&why¢RC的体系结构¢RC的研究项目¢RC与DSAGRC：What&Why¢可重构计算：ReconfigurableComputing，RCFPGA-basedRC¢历史：50年代，80年代¢目标："theperformanceofhardwarewiththeflexibilityofsoftware."ASIC－专用，processor－通用性能－成本¢我们的目的DSAG：光互连－“拆”；RC－“聚”，聚的过程需要重构

2、研究RC体系结构理论和方法对DSAG理论的指导研究如何利用现有的RC技术和产品构建DSAGRC的研究主题¢体系结构逻辑，连接¢软件技术描述，编译，开发环境¢快速可重构技术实时性，更高的动态性¢应用ASIC（小雨点卡），design/verification(龙芯)，DSAG（？）WhyReconfigurableComputing?FromCMU，1998FPGA¢FPGA：FieldProgrammableGateArray现场可编程门阵列¢家族历史：PAL，GAL，PLD，CPLD，FPGA¢工艺实现：乘积项/查找表，SRAM/flash/EEPROM¢厂商与产品产品：MAX，

3、FLEX，APEX，Stratix，cyclone等。开发工具：MaxplusII，QuartusII。产品：XC，Spartan，Vertix等，开发工具：Foundation，ISE。产品：LSI，MACH等。产品：反熔丝技术的PLD。其他厂商：cypress，Quicklogic，atmel，WSI，lucent….RC的原理基于乘积项（product-term）的PLD原理AND3的输出f＝（A+B）*C*(!D)=A*C*!D+B*C*!D基于乘积项（product-term）的PLD原理(续)PLD宏单元基于乘积项（product-term）的PLD原理(续)宏单元，可

4、编程连线，IO控制块，公用信号专用通道硬件可编程技术SRAM可编程位可编程连线基于查找表（Look-upTable,LUT）的FPGA查找表：LookUpTable当用户用HDL或原理图描述了一个逻辑电路后，FPGA软件会自动计算所有可能的结果，事先写入RAM，以逻辑输入作为地址来查找，输出结果。FPGA典型结构基于查找表（Look-upTable,LUT）的FPGA（续）XilinxSpartanII逻辑块的粒度粗粒度中粒度细粒度面向应用：datapath，computing，co-processor重构时间：RC与计算机系统的耦合模式InHPC?连接结构一维岛式段式层次式混合式

5、布线资源的设计¢任意逻辑块之间的任意连接方式¢布线资源占用的面积大线的延迟线的交叉¢提高布线资源利用率¢局部连线，全局连线多FPGA系统信息安全的串匹配，并行协议栈生物信息处理专用机HybridFPGA¢在FPGA中嵌入各种专用硬核¢FPGA不再只是逻辑块和连线构成的fabric，而是功能更强大的开发平台¢主动互连技术使得不同厂商的Ipcore可以嵌入¢提供硬核和软核服务（试用，购买，免费），促进IP核服务？¢灵活性和性能的进一步提升¢AlteraARM9，XilinxPPCRC的软件¢描述原理图，HDL（VHDL,verilogHDL,C,Java）电路描述，算法描述¢编译1综合

6、，翻译，映射，布局，布线¢编译2指令集，优化编译¢测试约束生成，激励生成¢开发平台工程管理，电路库，电路生成器，测试生成器，资源分配器，仿真调试器实时可重构技术¢RTR:Run-TimeRC快速：s，ms，ns，实时：运行时¢改变“预制而非动态”的状况实时重构模式Single-context:全部重构Multi-context:一个可编程bit有多个选择Partial:只覆盖需要重构的部分Pipelined：快速可重构采取的方法¢预取，执行和配置过程并行；¢压缩，减小配置数据量；¢重定位和碎片整理，可以配置到未用的区域，从而使得已经配置的区域将来可以重复利用；¢缓存提高处理器和操作

7、系统的性能的方法用于了重构加速。带来的问题¢长线¢进程切换带来的配置保护问题缺点与局限¢性能：尚不如ASIC¢灵活性：开发和测试比软件复杂¢成本：量产成本，工具成本，人力成本¢缺乏体系结构支持：面向应用RC的研究项目¢PRISC,PAM，GARP,DISC,OneChip,WASMII,PipeRench,splash2,DPGA,Matrix,IRAM，RAW，BRASS……¢面向的应用：¢涵盖的模式：¢关注的点：面向应用，快速可重构，软硬件界面¢PRISCPRIS