[發明專利]面向通信和多媒體應用的單指令多數據處理器電路結構

有效

• 申請號: 201010179340.7
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN101876892A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 肖瑞瑾;權衡;虞志益;曾曉洋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38;G06F15/80
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于高性能并行計算處理器技術領域，具體為一種面向通信和多媒體應用，適用于眾核片上網絡的新型單指令多數據(SIMD)處理器電路結構。

背景技術

單指令多數據(SIMD)是Single?Instruction?Multiple?Data的縮寫。SIMD這一概念最早由Flynn提出。后來基于這一思想，也就是一條指令對多條數據通路執行運算，研制了一系列的并行運算架構，包括最早的vector?processor，被廣泛運用在早期的超大型計算機研制中。上世紀80年代，由Lockheed?Martin開發的GAPP架構獲得廣泛認可，GAPP(Geometric-Arithmetic?Parallel?Processor)處理器基于SIMD架構，在目前的視頻、音頻處理領域得到很好的應用。上世紀90年代，SIMD作為一種技術被廣泛用于通用處理器的擴展，用于增強通用處理器的多媒體處理能力。其中包括Intel公司的MMX，SSE，SSE2，AMD的3Dnow！，IBM公司也和Motorola公司、Apple公司聯合開發了基于PowerPC的SIMD擴展技術VMX，以及Freescale公司專有的Altivec?SIMD處理器。用以增強原有通用處理器的并行數據處理能力。以ARM公司，MIPS公司為代表的嵌入式處理器設計廠家，也在其相應的處理器解決方案上，提出了多媒體、DSP擴展指令集架構以及相應的SIMD技術，例如ARM公司的NEON技術和MIPS的DSP擴展、3D擴展技術。

眾核處理器(Many-core?Processor)是近幾年出現的新型處理器解決方案，與傳統的單核處理器相比，并行計算能力更強，可擴展性與可配置性也更好，功耗水平也有一定的優勢。與傳統的專用集成電路相比，靈活性更強，可以支持多種標準和算法，因此近年來得到廣泛關注。眾核處理器本質上是采用一定的網絡拓撲結構將一定數量的微處理器聯接起來，采用特定的路由算法負責不同微處理器之間的通信，以獲得更好的并行計算能力。另外，在眾核處理器中所使用的單個微處理器與傳統的微處理器還有所不同，需要面向眾核通信架構作一定的架構修改，本發明就是基于面向眾核處理器架構所提出的一款SIMD處理器內核，主要面向通信和多媒體應用。

發明內容

本發明目的在于提供一種適用于下一代眾核處理器，面向通信和多媒體應用的新型單指令多數據處理器電路結構。

本發明基于開源精簡指令集(RISC)處理器架構，根據眾核處理器片上網絡(NoC，Network-on-Chip)特征與通信多媒體應用運算特征，提出了一種新的SIMD處理器電路結構。能夠更好地適用于眾核架構下的處理器核通信，并從指令層次提升了內部的并行計算能力，主要由SIMD整數運算單元，流水線控制單元，處理器異?？刂茊卧?，SIMD乘除法運算單元，擴展寄存器文件單元共計五個模塊組成。

關于SIMD運算模式的定義一般較為寬泛，在本發明針對的多媒體通信應用領域中，所處理數據的位寬一般為8比特(例如快速傅里葉變換FFT，Reed-Solomn糾錯碼編解碼計算，LDPC糾錯碼編解碼計算等)，因此充分利用現有寄存器位寬資源，引入SIMD的設計理念，可以提升數據的并行處理能力。因此引入4比特，8比特和16比特三種新的位寬模式，與開源RISC架構下的32比特位寬模式融合，以獲得更優秀的并行數據處理能力，這也是本發明的核心。詳見圖-1。

除依據數據的位寬分類外，SIMD指令根據參與運算數據邏輯關系可分為標量-標量模式和向量-標量模式。標量-標量模式下，在SIMD算術邏輯運算單元、乘除法運算單元和數據移位單元中，數據根據對應比特位確定邏輯關系參加運算，為一對一的形式。而在向量-標量模式下，數據的邏輯關系由指令顯式指定，可以實現多對一的運算效果。同時，配套增加向量-標量模式下的寄存器傳輸，數據訪問指令以及相應的跳轉控制指令。關于標量-標量和標量-向量運算模式詳見圖-2和圖-3。