[發明專利]具有條件通道路由和就地功能性的可重配置指令單元陣列

有效

• 申請號: 201480030820.3
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN105247505B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: I·諾西亞斯;S·赫瓦姆;M·I·R·穆爾
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 周敏

相關申請的交叉引用

本申請要求于2013年5月29日提交的美國非臨時申請No.13/905,032的優先權，其全部內容通過援引納入于此。

技術領域

本申請涉及可重配置指令單元陣列(RICA)，且更具體地涉及具有就地功能性的RICA。

背景

盡管微處理器計算能力已經逐漸提高，但對附加提高的需求仍然未減弱。例如，智能電話現在使其處理器負擔令人困惑的各種任務。但單核處理器只能在給定時間容適這么多的指令。因此，現在通常提供能并行地處理指令集的多核或多線程處理器。但此類基于指令的架構始終必須對抗由管芯空間、功耗、以及關于降低指令處理時間的復雜性所施加的限制。

如與可編程處理核的使用相比，存在能夠在專用硬件中被更高效地處理的許多算法。例如，圖像處理涉及顯著并行性以及通過處理步驟的流水線的對像素的成群處理。如果算法隨后被映射到硬件，則該實現利用該對稱性和并行性。但設計專用硬件是昂貴且還是麻煩的，因為如果算法被修改，則專用硬件必須被重新設計。

為了提供基于指令的架構與專用硬件辦法之間的高效折衷，已經開發出可重配置指令單元陣列(RICA)架構。圖1A解說了示例RICA系統50。在這一RICA系統50中，多個指令單元2通過可編程交換結構4互連。指令單元的配置(關于它們實現的何種的邏輯功能或指令)以及交換結構可以在必要時在每一時鐘周期被重新編程以實現給定算法或功能。指令單元處理MEM單元12所檢索到的數據(其進而從數據RAM 8加載)。指令單元2的這一處理根據從配置RAM 6獲取的配置指令10來發生。解碼模塊11解碼指令10以便不僅獲取用于指令單元2的編程，而且還獲取用于交換結構4的編程。圖1A中所示的附加特征在于2006年4月28日提交的美國專利公開No.2010/0122105中描述，該公開的內容藉此通過援引整體納入于此。

注意，RICA的優點在于：算法(諸如涉及通過流水線處理方案來處理多個像素的圖像處理)能以模擬專用硬件辦法的方式被映射到指令單元。但是無需設計專用硬件，取而代之地，可僅僅在必要時對這些單元和交換結構進行編程。由此，如果必須重新設計算法，則無需重新設計硬件，而是用戶可僅在必要時改變編程。這相對于傳統的基于指令的計算辦法而言是相當有優勢的。

盡管RICA由此提供了穩健的優點，但其實現中仍然有挑戰。例如，按行和列以可重配置陣列來排列指令單元是常規的。每一指令單元、任何相關聯的寄存器以及輸入和輸出交換結構可被認為是駐留在開關盒內。圖1B示出了按行和列安排的示例開關盒陣列。每一開關盒中的交換結構隨后必需接納可能在某行和列位置處的給定開關盒100開始并隨后在不同行和列位置處的某一其他開關盒105的結束的數據路徑。在該數據路徑中，兩個指令單元被配置為算術邏輯單元(ALU)110。其余開關盒中的指令單元為了解說清楚而未示出。注意到，每一開關盒于是必須容適兩個交換矩陣或結構：用于選擇到其指令單元的輸入的輸入交換結構以及用于選擇來自該開關盒的輸出的輸出交換結構。

與指令單元形成對比的是，現場可編程門陣列(FPGA)中的邏輯塊使用查找表(LUT)。例如，設想在經配置FPGA中執行的邏輯運算中需要AND(與)門。LUT隨后將以用于AND門邏輯功能的真值表來編程。但指令單元“粗粒度”得多，因為它包含專用邏輯門。例如，ALU指令單元將包括各色專用邏輯門。ALU指令單元的功能是可配置的——其原語邏輯門是專用門并因此是不可配置的。例如，常規CMOS反相器是一種類型的專用邏輯門。關于此種反相器是沒什么可供配置的，該反相器不需要任何配置位。但FPGA可編程邏輯塊中的反相器功能的實例化則改為通過LUT的真值表的相應編程來執行。因此，如本文所使用的，術語“指令單元”指的是包括專用邏輯門的可配置邏輯元件。