行并行可重构单元阵列流水映射性能评估
发布时间：2019-10-10 14:39
【摘要】：针对粗粒度单元阵列流水映射问题,设计了三种行流水结构阵列,并分析了其执行步骤,提出了一种基于行流水阵列通用的流水映射算法.该算法综合考虑混合多层迭代启动间距、块间流水通信成本、块配置成本等多个因素,一组测试基准程序实验结果表明了文中算法的合理性,与多目标优化映射算法相比,该算法消耗总时延平均节省了4.0%(可重构单元阵列RCA_(4×4))和4.3%(可重构单元阵列RCA_(8×8));与满射映射相比,该算法消耗总时延平均节省了52.1%(RCA_(4×4))和56.2%(RCA_(8×8)).
【图文】：
考虑不足．本文研究的两个条件：①面向行流水ＲＣＡ，，提出将一条完整指令拆分６个流水段．乘法运算设为２时钟周期（ｃｙｃｌｅ），其他算术逻辑运算时延设为１ｃｙｃｌｅ，另外５个流水段执行时间均为１ｃｙｃｌｅ．②一块ＲＣＡ块内和块间数据传输和执行按行流水进行，配置成本包括ＲＣＡ全局互连控制、重复单元（ｒｅｃｏｎｆｉ－ｇｕｒａｂｌｅｃｅｌｌ，ＲＣ）逻辑算术运算和路由控制等．２映射流水架构和ＲＣＡ流水执行分析２．１映射流水架构图１给出了行并行ＮＣＧＲＣＡ、ＲＣＧＲＣＡ、ＢＣＧＲＣＡ流水架构．传统经典的ＣＧＲＡ架构主要有有Ｍｏｒｐｈｏｓｙｓ［８］、ＲＥＭＡＲＣ［９］（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｍｕｌｔｉｍｅｄｉａａｒｒａｙｃｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＬＥＡＰ［１０］（ｌｏｏｐｅｎｇｉｎｅｏｎａｒｒａｙｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）．相比现有架构，ＮＣＧＲＣＡ、ＢＣＧＲＣＡ、ＲＣＧＲＣＡ三种结构具有的特点是：①ＲＣＡ块内和块间映射成功节点可按行流水执行和配置；②上下行的可重构单元点点互连流水传递数据消除了ＲＣＡ块内运算节点跨层数据传输的互连时延；③三种流水架构可以实现ＲＣＡ块间流水．图１中，Ｒｏｕｔｅｒ表示路由器．ａＮＣＧＲＣＡｂＲＣＧＲＣＡｃＢＣＧＲＣＡ图１三种ＲＣＡ流水线结构Ｆｉｇ．１ＴｈｒｅｅＲＣＡｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ２．２ＲＣＡ流水执行分析定义１ＲＣＡ重复使用数Ｍ：一个循环ＤＦＧ可以表示为Ｇ＝（Ｖ，Ｅ，Ｗ，Ｄ
第８期陈乃金，等：行并行可重构单元阵列流水映射性能评估其值由具体可重构计算体系结构决定，本文设定评估系数的值为α＝β＝γ＝１．图２一块ＲＣＡ流水执行流程Ｆｉｇ．２ＡＲＣＡｐｉｐｅｌｉｎｅｅｘｅｃｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ定义６ＲＣＡ混合多层迭代启动间距（ｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌｉｔｅｒａｔｉｏｎｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｖａｌ，ＭＩＩＩ）：传统的循环流水线启动间距是指相邻两个循环体的启动时间间隔，本文将其推广到计算任务节点启动时间间隔，有依赖的运算任务节点ＤＦＧ被划分映射到ＲＣＡ后，由于ＲＣＡ的互连方式、面积等多个约束，会导致ＲＣＡ块间或块内有的运算节点进行有依赖流水运行，有的运算节点进行无依赖流水运行，ＲＣＡ按段流水执行，每个节点的启动间距为一个固定值，将其称为ＲＣＡ混合多层迭代启动间距ＭＩＩＩ．ＭＩＩＩ按映射到ＲＣＡ块内后，运算节点有无依赖可分为图３ａ～３ｃ三种情形．无依赖流水ＭＩＩＩ＝０；６段ＲＣＡ流水相邻行点之间存在依赖或混合依赖，下一行节点取数据段必须在上一行相关节点写回段后执行，故ＭＩＩＩ＝３，ＲＣＡ按行流水执行三种情况如图３ｄ～３ｆ所示．由图３可以得出流水段数为ｍ（本文ｍ＝６），每段流水线时间Δｔ（本文Δｔ＝１ｃｙｃｌｅ），可以得出运算节点执行时间相等时，运算节点无依赖Ｓｐｉｐｅｌｉｎｅ＝（ｍ－１）Δｔ，运算节点有或混合依赖时Ｓｐｉｐｅｌｉｎｅ＝２ｍΔｔ－２Δｔ．将其推广，得到定理１：定理１一块行可流水执行ＲＣＡｋ×ｂ，有ｍ段，ｎ个计算任务
【作者单位】： 天津大学计算机科学与技术学院;安徽工程大学计算机与信息学院;同济大学软件学院;上海电力学院计算机科学与技术学院;
【基金】：国家“八六三”高技术研究发展计划(2013AA013204) 国家自然科学基金(61432017,61572036) 安徽省自然科学基金(1408085MF124) 安徽省高校自然科学研究基金重点项目(KJ2015A003,KJ2013A001) 安徽省高校优秀中青年骨干人才国内外访学研修重点项目(gxfxZD2016102)
【分类号】：TP301.6
本文编号：2547218
【图文】：
考虑不足．本文研究的两个条件：①面向行流水ＲＣＡ，，提出将一条完整指令拆分６个流水段．乘法运算设为２时钟周期（ｃｙｃｌｅ），其他算术逻辑运算时延设为１ｃｙｃｌｅ，另外５个流水段执行时间均为１ｃｙｃｌｅ．②一块ＲＣＡ块内和块间数据传输和执行按行流水进行，配置成本包括ＲＣＡ全局互连控制、重复单元（ｒｅｃｏｎｆｉ－ｇｕｒａｂｌｅｃｅｌｌ，ＲＣ）逻辑算术运算和路由控制等．２映射流水架构和ＲＣＡ流水执行分析２．１映射流水架构图１给出了行并行ＮＣＧＲＣＡ、ＲＣＧＲＣＡ、ＢＣＧＲＣＡ流水架构．传统经典的ＣＧＲＡ架构主要有有Ｍｏｒｐｈｏｓｙｓ［８］、ＲＥＭＡＲＣ［９］（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｍｕｌｔｉｍｅｄｉａａｒｒａｙｃｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＬＥＡＰ［１０］（ｌｏｏｐｅｎｇｉｎｅｏｎａｒｒａｙｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）．相比现有架构，ＮＣＧＲＣＡ、ＢＣＧＲＣＡ、ＲＣＧＲＣＡ三种结构具有的特点是：①ＲＣＡ块内和块间映射成功节点可按行流水执行和配置；②上下行的可重构单元点点互连流水传递数据消除了ＲＣＡ块内运算节点跨层数据传输的互连时延；③三种流水架构可以实现ＲＣＡ块间流水．图１中，Ｒｏｕｔｅｒ表示路由器．ａＮＣＧＲＣＡｂＲＣＧＲＣＡｃＢＣＧＲＣＡ图１三种ＲＣＡ流水线结构Ｆｉｇ．１ＴｈｒｅｅＲＣＡｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ２．２ＲＣＡ流水执行分析定义１ＲＣＡ重复使用数Ｍ：一个循环ＤＦＧ可以表示为Ｇ＝（Ｖ，Ｅ，Ｗ，Ｄ
第８期陈乃金，等：行并行可重构单元阵列流水映射性能评估其值由具体可重构计算体系结构决定，本文设定评估系数的值为α＝β＝γ＝１．图２一块ＲＣＡ流水执行流程Ｆｉｇ．２ＡＲＣＡｐｉｐｅｌｉｎｅｅｘｅｃｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ定义６ＲＣＡ混合多层迭代启动间距（ｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌｉｔｅｒａｔｉｏｎｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｖａｌ，ＭＩＩＩ）：传统的循环流水线启动间距是指相邻两个循环体的启动时间间隔，本文将其推广到计算任务节点启动时间间隔，有依赖的运算任务节点ＤＦＧ被划分映射到ＲＣＡ后，由于ＲＣＡ的互连方式、面积等多个约束，会导致ＲＣＡ块间或块内有的运算节点进行有依赖流水运行，有的运算节点进行无依赖流水运行，ＲＣＡ按段流水执行，每个节点的启动间距为一个固定值，将其称为ＲＣＡ混合多层迭代启动间距ＭＩＩＩ．ＭＩＩＩ按映射到ＲＣＡ块内后，运算节点有无依赖可分为图３ａ～３ｃ三种情形．无依赖流水ＭＩＩＩ＝０；６段ＲＣＡ流水相邻行点之间存在依赖或混合依赖，下一行节点取数据段必须在上一行相关节点写回段后执行，故ＭＩＩＩ＝３，ＲＣＡ按行流水执行三种情况如图３ｄ～３ｆ所示．由图３可以得出流水段数为ｍ（本文ｍ＝６），每段流水线时间Δｔ（本文Δｔ＝１ｃｙｃｌｅ），可以得出运算节点执行时间相等时，运算节点无依赖Ｓｐｉｐｅｌｉｎｅ＝（ｍ－１）Δｔ，运算节点有或混合依赖时Ｓｐｉｐｅｌｉｎｅ＝２ｍΔｔ－２Δｔ．将其推广，得到定理１：定理１一块行可流水执行ＲＣＡｋ×ｂ，有ｍ段，ｎ个计算任务
【作者单位】： 天津大学计算机科学与技术学院;安徽工程大学计算机与信息学院;同济大学软件学院;上海电力学院计算机科学与技术学院;
【基金】：国家“八六三”高技术研究发展计划(2013AA013204) 国家自然科学基金(61432017,61572036) 安徽省自然科学基金(1408085MF124) 安徽省高校自然科学研究基金重点项目(KJ2015A003,KJ2013A001) 安徽省高校优秀中青年骨干人才国内外访学研修重点项目(gxfxZD2016102)
【分类号】：TP301.6
本文编号：2547218
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