[發明專利]用于粗粒度動態可重構陣列的多模式數據傳輸互連器

有效

• 申請號: 201410157349.6
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103914429B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 劉波;曹鵬;劉炎;朱婉瑜;杜月;張亞;楊錦江
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F15/173
• 分類號: G06F15/173
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及集成電路領域，尤其涉及一種用于粗粒度動態可重構陣列的多模式數據傳輸互連器。

背景技術

目前，可重構結構起源于FPGA（現場可編程門陣列，Field－Programmable?Gate?Array），作為新興的硬件處理器結構，其兼具通用處理器軟件執行的靈活性與專用集成電路的高效性。已經廣泛地應用于通信領域、媒體應用、密碼等領域，其研發周期短，功耗低，目前已被越來越多的領域所接受，具有廣闊的發展空間。

由于在FPGA中，互連資源占用將近70%的芯片面積，互連延遲占用在50%-60%。粗粒度可重構結構，作為可重構結構中的一類，由于計算粒度大，需要重新配置的信息少，重構時間短很好的解決了FPGA中的互連問題。

粗粒度可重構結構不僅可以改變控制流，還可以快速改變數據通路，滿足陣列快速實現多種算法的需求。要使陣列能夠快速實現多種算法的計算，那么深入研究互連結構設計是設計過程中必不可少的內容。

路由結構對可重構計算陣列的數據流水效率至關重要，且路由結構的互聯開銷對可重構計算陣列資源開銷影響巨大。傳統的可重構計算陣列路由結構包括如下三種基本形式：全局共享式路由結構、局部共享式路由結構以及全互聯路由結構。

在全局共享式路由結構中，可重構計算陣列中所有的計算單元通過唯一訪問接口共享數據寄存器文件，數據寄存器文件可以被任意計算單元訪問。這種路由結構能提供足夠高的靈活度，并且互連的硬件開銷也很低，但是不能夠很好地支持上述針對陣列流水性能的優化方法。因為當多個計算單元需要緩存多個數據時，這些計算單元對數據寄存器文件的讀取操作會產生訪問沖突，產生兩類問題。首先，無法保證數據讀取時間，可能在預期時間無法取得所需數據，導致運算出錯；其次，為了處理訪問沖突會帶來額外的等待延遲，必須在流水線中引入額外的數據訪問等待節拍，使得原有的流水性能惡化。

在局部共享式路由結構中，計算陣列中的某幾個計算單元共享一個（或幾個）數據寄存器，每個數據寄存器可以被周圍的幾個計算單元訪問，其互連開銷要遠小于全互聯的路由結構，硬件開銷與具體的互連規模有關；

全互聯結構實際上是局部共享式結構的一個極端情況，即任意數據寄存器都可以被陣列中所有的計算單元共享，但是互連硬件開銷極大。

本發明在全局共享式路由結構的基礎上，提出了一種用于粗粒度動態可重構陣列的多模式數據傳輸互連器，解決了滿足多種計算需求且計算性能惡化的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的一種或多種不足而提供一種用于粗粒度動態可重構陣列的多模式數據傳輸互連器，所述互連器在可重構陣列上實現滿足多種計算需求且計算性能良好的互連結構。

為了實現發明目的，本發明公開了一種用于粗粒度動態可重構陣列的多模式數據傳輸互連器，所述互連器包括多模式互連控制器以及多模式互連結構模塊；

所述多模式互連控制器用于存儲不同的互連結構選擇信息，并且將互連結構選擇信息發送至多模式互連結構模塊；

所述多模式互連結構模塊用于根據多模式互連控制器的互連結構選擇信息在陣列上選擇一種或者多種互連結構，從而實現可重構陣列中計算單元互連。

作為優選，為了增強針對多任務中數據路由的并行管理能力，所述多模式互連控制器包括廣播式互連寄存器，多組織網絡互連寄存器，計算單元自反饋互連寄存器以及累加式互連寄存器；

所述廣播式互連寄存器用于存儲多模式互連控制器接收到的廣播式互連結構選擇信息，并且當多模式互連控制器接收到廣播式互連指令時將廣播式互連結構選擇信息發送至可重構陣列；

所述多組織網絡互連寄存器用于存儲多模式互連控制器接收到的多組織網絡互連結構選擇信息，并且當多模式互連控制器接收到多組織網絡互連指令時將多組織網絡互連結構選擇信息發送至可重構陣列；

所述計算單元自反饋互連寄存器用于存儲多模式互連控制器接收到的計算單元自反饋互連結構選擇信息，并且當多模式互連控制器接收到計算單元自反饋互連指令時將計算單元自反饋互連結構選擇信息發送至可重構陣列；

所述累加式互連寄存器用于存儲多模式互連控制器接收到的累加式互連結構選擇信息，并且當多模式互連控制器接收到累加式互連指令時將累加式互連結構選擇信息發送至可重構陣列。

作為優選，為了增強針對異構運算高效的任務流水線互連結構，所述多模式互連結構模塊包括廣播式互連模塊，計算單元自反饋互連模塊，多組織網絡互連模塊，累加式互連模塊；