瑞薩科技公司(Renesas Technology Corp.)今天宣布,已開(kāi)發(fā)出一種適用于圖像和音頻多媒體數(shù)據(jù)處理的基于矩陣架構(gòu)的大規(guī)模平行處理器。
這款創(chuàng)新配置的處理器是一個(gè)大規(guī)模平行可編程的器件*1,具有緊湊的2,048個(gè)處理單元和1Mb SRAM,它可以在200MHz的時(shí)鐘頻率下實(shí)現(xiàn)40GOPS(每秒運(yùn)行10億次)的性能。
瑞薩科技的研究人員在于2月5日開(kāi)始在舊金山舉行的2006年IEEE國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)上披露了該器件的細(xì)節(jié)。
圖像和音頻多媒體數(shù)據(jù)處理能力對(duì)數(shù)字家電和其他電子產(chǎn)品至關(guān)重要,其中包括諸如快速傅立葉變換、卷積和絕對(duì)值差分運(yùn)算求和相結(jié)合的復(fù)雜運(yùn)算。迄今為止,對(duì)這些運(yùn)算的處理通常是使用硬連接邏輯電路或?qū)iT(mén)用于數(shù)字信號(hào)處理的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)。然而,最近諸如圖像應(yīng)用的像素?cái)?shù)迅速增加的多媒體應(yīng)用的戲劇性進(jìn)展,增加了改善多媒體數(shù)據(jù)處理性能的需求。與此同時(shí),為了簡(jiǎn)化對(duì)各種多媒體數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的支持,利用可編程器件實(shí)現(xiàn)這種處理的需求也在日益增長(zhǎng)。
改善處理性能的一種方式是通過(guò)使用更精細(xì)的半導(dǎo)體工藝來(lái)提高工作頻率。然而,在繼續(xù)保持更低功耗的同時(shí)獲得性能方面的重要改善,并利用傳統(tǒng)的DSP和類(lèi)似的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)所需的性能是很困難的。雖然粗粒度MIMD(多指令多數(shù)據(jù))處理器已經(jīng)發(fā)布,它可作為一種提高處理性能的架構(gòu),不過(guò)它也存在降低功耗的問(wèn)題。
為了解決這些問(wèn)題,瑞薩科技利用源于DSP或MIMD類(lèi)型處理器的一種獨(dú)特的存儲(chǔ)器技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種矩陣型處理器。
這種新型處理器是細(xì)粒度SIMD(單指令多數(shù)據(jù))類(lèi)型的大規(guī)模平行可編程器件,它具有以下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
1. 基本配置:2位處理單元(PE)和作為專(zhuān)用數(shù)據(jù)寄存器的512位SRAM
2. 2,048個(gè)PE和總共1Mb的SRAM,以及與PE之間的緊密連接
這種處理器提高性能的關(guān)鍵在于如何有效地使處理單元獨(dú)立工作。同時(shí),布局和處理單元及數(shù)據(jù)寄存器的連接是降低占板面積和功耗的重要因素。
這些問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)解決的。
(1) 數(shù)據(jù)寄存器與PE之間的連接,以及PE之間的互連
1. H通道(水平通道)連接的PE
這是執(zhí)行處理單元和數(shù)據(jù)寄存器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)連接路徑,包括運(yùn)行的基本路徑。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行的數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)產(chǎn)生相互的干擾。
2. V通道(垂直通道)連接的PE
這是執(zhí)行PE之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)連接路徑。V通道可以在一個(gè)固定的距離內(nèi)執(zhí)行PE之間的平行數(shù)據(jù)傳輸,這個(gè)傳輸路徑有助于利用數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算有效地進(jìn)行基本的蝴蝶計(jì)算*2。
H通道和V通道可以實(shí)現(xiàn)200MHz運(yùn)行條件下816Gbps(每秒千兆位)的高傳輸速度。
(2) PE電路配置
標(biāo)準(zhǔn)SIMD處理器存在的一個(gè)問(wèn)題是其對(duì)執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移無(wú)能為力。這種處理器在2位PE電路配置中采用了一種特殊的技術(shù)。每個(gè)PE有一個(gè)稱(chēng)為V標(biāo)記的1位寄存器(有效標(biāo)記),無(wú)論是H通道還是V通道的數(shù)據(jù)傳輸,或者是PE本身的運(yùn)算,都要執(zhí)行選擇。利用這種方法,就可以在每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一次條件轉(zhuǎn)移,非常有助于加速蝴蝶計(jì)算。
(3) 雙排復(fù)合的讀-改-寫(xiě)運(yùn)算SRAM電路
基本上,一個(gè)PE有2個(gè)輸入和1個(gè)輸出。因此,3端口數(shù)據(jù)寄存器必須使一個(gè)PE持續(xù)不斷地運(yùn)行,不過(guò),為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,可以使用以下配置的單端口SRAM。
1. SRAM為雙排內(nèi)存組成。從這2個(gè)內(nèi)存分別地讀取2個(gè)輸入數(shù)據(jù)。
2. 輸出數(shù)據(jù)同時(shí)重寫(xiě)到用于讀取的數(shù)據(jù)上,這個(gè)重寫(xiě)是通過(guò)一個(gè)存儲(chǔ)器的讀-改-寫(xiě)運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn)的。
因此,從讀到計(jì)算,再到寫(xiě)的順序可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成,而且數(shù)據(jù)寄存器得以在一個(gè)小占板面積中實(shí)現(xiàn)。
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