面向通用可重构计算的外存访问接口设计与研究

发布时间：2017-04-06 14:14

  本文关键词：面向通用可重构计算的外存访问接口设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通用可重构计算是未来高性能计算架构的一个重要发展方向,在与多种应用需求反复权衡的过程中,可重构计算将演化至可实现多种任务的通用性计算。同时在面对各种高并行度、高性能需求的计算领域时,存储器读写速度的限制通常会成为计算速度的瓶颈。所以需要针对可重构计算设计一款外存访问接口,通过存储器访问带宽利用率的提升,实现整体系统计算性能的提升。本文基于伯克利大学的研究对算法进行分类与分析,根据分类结果,选取具有典型性的访存敏感算法进行研究,指导面向通用可重构计算的外存访问接口的优化方向。接着通过分析得到各算法的数据分布特点,并使用仿真工具完成各访存敏感算法在嵌入式处理器系统中的仿真,得到数据请求队列统计结果。本文根据数据分布特点总结出了三种数据分布类型,即线性数据分布、块状数据分布和跳跃式数据分布,进而提出了多模式动态可配高速访存协议优化方案并完成了硬件电路设计；根据数据请求队列的统计结果,发现其中步幅预取数据流具有重复性的特点,针对这个特点设计了步幅预取优化方案,通过数学模型进行方案优化的性能评估,最后完成硬件设计。本文完成RTL仿真平台和FPGA平台的性能验证。RTL仿真平台验证结果表明本文设计的多模式动态高速访存协议与AHB总线协议相比性能提高46%,本文设计的基于数据相关性的步幅预取方案与其他步幅方案相比,访存性能提升了7.4%。FPGA平台的测试结果表明,写操作最大数据吞吐率达6.5Gbps,读操作最大数据吞吐率达10.3Gbps,符合设计要求。
【关键词】：通用可重构计算 存储器接口 数据分布 访存协议 数据预取
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP334.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9-12
• 1.1.1 通用可重构计算介绍9-10
• 1.1.2 通用可重构计算存储子系统10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 研究内容与设计指标15-16
• 1.4 论文组织结构16-19
• 第二章 面向通用可重构计算的关键算法分析19-29
• 2.1 算法分类与归纳19-20
• 2.2 访存敏感算法分析20-28
• 2.2.1 稠密线性代数20-22
• 2.2.2 谱分析22-24
• 2.2.3 结构网络24-25
• 2.2.4 组合逻辑25-26
• 2.2.5 有限状态机26-27
• 2.2.6 图遍历27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 关键算法访存规律分析29-37
• 3.1 关键算法数据分布分析29-32
• 3.1.1 线性数据分布29-30
• 3.1.2 块状数据分布30-31
• 3.1.3 跳跃式数据分布31-32
• 3.2 关键算法数据请求队列分析32-36
• 3.2.1 C模型仿真平台介绍32-33
• 3.2.2 关键算法数据请求队列统计结果33-34
• 3.2.3 预取方案性能评估数学模型建立34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 面向通用可重构计算的外存访问接口设计37-51
• 4.1 片外存储访问接口结构设计37-39
• 4.2 优先级仲裁模块设计39-40
• 4.3 多模式动态可配高速访存协议模块设计40-45
• 4.3.1 自定义接口设计40-42
• 4.3.2 多模式执行模块电路设计42-45
• 4.4 基于数据相关性的步幅预取模块设计45-49
• 4.4.1 步幅预取模块结构设计45-46
• 4.4.2 步幅预取模块子模块设计46-48
• 4.4.3 步幅预取模块工作流程48-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第五章 实验结果与分析51-59
• 5.1 RTL级仿真平台测试结果与分析51-55
• 5.1.1 多模式动态可配高速访存协议仿真结果分析51-52
• 5.1.2 基于数据相关性的步幅预取模块仿真结果与分析52-53
• 5.1.3 系统仿真结果53-55
• 5.2 FPGA平台测试结果与分析55-57
• 5.2.1 FPGA验证平台55-56
• 5.2.2 FPGA测试结果与分析56-57
• 5.3 本章小结57-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 展望59-61
• 致谢61-63
• 参考文献63-67
• 作者简介67

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本文编号：289007