[發明專利]一種向量浮點運算裝置及方法

有效

• 申請號: 201110421015.1
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102495719A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 王東琳;王惠娟;張志偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06F9/302
• 分類號: G06F9/302;G06F7/57
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微處理器內的浮點運算技術領域，涉及微處理器向量浮點部件的加/減運算通路及與其相關的操作的處理，確切地說，是涉及一種向量浮點運算裝置及方法。

背景技術

計算機發展的主要目的是為了滿足大型科學計算的需求，隨著科學計算對計算機性能需求的不斷增長計算機技術也迅速發展起來。向量類運算在數字信號算法中具有非常重要的地位，傳統處理器通過標量的操作實現現代信號處理算法中大量的向量運算。由于芯片主頻已經達到極限，以標量為計算單位的單核處理器很難滿足性能要求。

因此，在硬件結構上設計支持向量處理，增加向量運算部件，在硬件體系結構層次實現對向量處理的支持在很大程度上能夠改進向量類運算的運算速度，減少運算時間，增加數字信號處理的吞吐量，以在數字信號處理領域，比如現代雷達信號處理，星載衛星圖像處理，高清電視等，滿足處理大量數據的高實時性、高速和高可靠性要求。

2004年3月17日公開的申請號為01131568.7的中國發明專利《微處理器向量處理方法》，發明人：王志英等，公開了一種微處理向量處理方法，在滿足硬件實現簡單、功耗低、成本低的前提下實現微處理器向量處理。該發明利用微處理器原有的流水線結構，設計向量指令集，增加向量寄存器和向量控制邏輯，在譯碼階段增加對向量指令的譯碼支持，用硬件執行循環過程，利用標量流水線功能部件和控制信號，實現微處理器對向量處理的支持。該種結構實現簡單，但是進行循環以實現向量運算的方法使得運算速度較低，不能滿足高實時性、高速和高可靠性的要求。

2011年8月31日公開申請號為200910241614.8的中國發明專利《浮點向量乘加運算裝置和方法》，發明人：胡偉武等，公開了一種浮點向量乘加運算裝置和方法。該裝置包括一個乘法選擇單元，n個乘法單元和n個加法單元。其中，乘數選擇單元用于根據第四源操作數的值m，選擇第二源操作數浮點向量的第m+1部分輸出到n個乘法單元，m≤n-1；乘法單元用于將所選擇的第二源操作數浮點向量的第m+1部分與第三源操作數浮點向量的n個部分分別進行相乘操作，并將相乘操作的運算結果輸出到相應的n個加法單元；加法單元用于將相乘操作運算結果的n個部分和第一遠操作數浮點向量的n個部分分別進行加法操作，得到乘加結果。該發明提出了一種向量乘加的裝置及方法，但是對于其他類型的向量運算并沒有給出設計和實現方法，應用范圍比較窄。

2010年11月25日公開的申請號為201010559406.5的中國發明專利《一種可擴展向量運算簇》，發明人：陳書明等，公開了一種可擴展向量運算簇，包括向量處理陣列、支持壓縮指令的向量譯碼器、用于存放多種數據類型的局部向量寄存器文件/累加器以及支持行列訪問的矩陣寄存器文件，所述向量處理陣列包括2～64個同構向量處理單元，所述每個向量處理單元擁有獨立的局部向量寄存器文件/累加器并共享矩陣寄存器；所述局部向量寄存器文件/累加器和矩陣寄存器文件提供指令操作的數據來源和目的。該發明統一執行流水對應的功能部件共享相同的數據通路，帶來的問題就是需引入旁路以及互鎖機制，設計相對復雜。

2007年6月20日公開的申請號為200610063927.5的中國發明專利《用于矢量處理的可擴展并行流水線浮點單元》，發明人：D.多諾夫里奧等，公開了一種為矢量處理執行浮點運算的技術，輸入對來捕獲多個矢量輸入，電鍍漆跟配所述矢量輸入，多個浮點流水線根據對所述調度器分配的矢量輸入的標量分量的運算來產生浮點結果。仲裁器和組裝單元仲裁輸出部件的使用并組裝所述浮點結果以寫入所述輸出部件。該種技術支持異步方式進行處理，這樣計算的結果可能會不同步，從而需設計復雜的仲裁機制以避免死鎖現象的發生。

通過上面分析可知，向量運算在當今的數字信號處理領域非常普遍，高速有效而且代價比較小的向量運算設計非常重要，而基于標量運算部件設計實現向量運算單元是一種可行的設計方法。如何基于標量運算單元設置和構建簡單高效可重構的向量運算單元是本發明所要研究的主要內容。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提出一種基于標量運算單元實現可重構向量浮點運算單元的方法和裝置，以實現向量與向量間運算以及向量與標量間運算。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種向量浮點運算裝置，用于實現向量與標量以及向量與向量之間的各種浮點運算，包括：