[發(fā)明專利]一種時(shí)域有限差分法硬件加速器系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010026838.3
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111209249B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 粟濤;孔昶;陳弟虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 何文聰

1.一種時(shí)域有限差分法硬件加速器系統(tǒng)，用于對三維空間中的電磁場進(jìn)行計(jì)算，其特征在于，包括鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)、多組存儲塊和激勵(lì)源賦值器；

所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)為沿一維方向排列的多個(gè)PE的組合，所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)用于對電磁場仿真的三維網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和/或磁場值進(jìn)行計(jì)算；

所述存儲塊由多個(gè)塊隨機(jī)存儲器構(gòu)成，所述存儲塊用于存儲所述PE計(jì)算得到的網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和/或磁場值；

所述激勵(lì)源賦值器用于在每個(gè)時(shí)間步計(jì)算完之后，向?qū)?yīng)的所述存儲塊輸出激勵(lì)源值，以對所述存儲塊存儲的電場值和/或磁場值進(jìn)行賦值；

所述計(jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)在執(zhí)行對電磁場仿真的三維網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和磁場值進(jìn)行計(jì)算這一步驟時(shí)，具體用于：

所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)掃描連續(xù)的網(wǎng)格格點(diǎn)，當(dāng)掃描到網(wǎng)格邊界，所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)將超出所述網(wǎng)格邊界部分的PE關(guān)閉，并切換至同一二維平面上的另一一維方向繼續(xù)進(jìn)行掃描；

掃描所有網(wǎng)格格點(diǎn)，計(jì)算出所有網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和磁場值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)域有限差分法硬件加速器系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述PE分別對應(yīng)一組所述存儲塊，所述存儲塊用于存儲對應(yīng)PE的計(jì)算結(jié)果。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種時(shí)域有限差分法硬件加速器系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲塊包含電場分量存儲單元和磁場分量存儲單元，每個(gè)所述存儲單元分配一個(gè)對應(yīng)的塊隨機(jī)存儲器進(jìn)行存儲。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)域有限差分法硬件加速器系統(tǒng)，其特征在于，所述激勵(lì)源賦在執(zhí)行對所述存儲塊存儲的電場值和/或磁場值進(jìn)行賦值這一步驟時(shí)，具體用于：

計(jì)算每個(gè)時(shí)間步下的激勵(lì)源值；

生成時(shí)間與激勵(lì)源值對應(yīng)關(guān)系的激勵(lì)源查找表；

根據(jù)所述激勵(lì)源查找表，向?qū)?yīng)的存儲塊輸出激勵(lì)源值；

向?qū)?yīng)存儲塊存儲的網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和/或磁場值進(jìn)行賦值。

5.一種時(shí)域有限差分法硬件加速器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

組建鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)，所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)為沿一維方向排列的多個(gè)PE的組合，所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)用于對電磁場仿真的三維網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和/或磁場值進(jìn)行計(jì)算；所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)中的每個(gè)PE分別對應(yīng)一組存儲塊，并與對應(yīng)的所述存儲塊連接；

組建相應(yīng)的存儲塊，所述存儲塊由多個(gè)塊隨機(jī)存儲器構(gòu)成，所述存儲塊用于存儲所述PE計(jì)算得到的網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和/或磁場值；

組建相應(yīng)的激勵(lì)源賦值器，所述激勵(lì)源賦值器用于在每個(gè)時(shí)間步計(jì)算完之后，向?qū)?yīng)的所述存儲塊輸出激勵(lì)源值，以對所述存儲塊存儲的電場值和/或磁場值進(jìn)行賦值；所述激勵(lì)源賦值器的數(shù)據(jù)輸出直接與各組存儲塊相連；

所述計(jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)在執(zhí)行對電磁場仿真的三維網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和磁場值進(jìn)行計(jì)算這一步驟時(shí)，具體包括：

所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)掃描連續(xù)的網(wǎng)格格點(diǎn)，當(dāng)掃描到網(wǎng)格邊界，所述鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)將超出所述網(wǎng)格邊界部分的PE關(guān)閉，并切換至同一二維平面上的另一一維方向繼續(xù)進(jìn)行掃描；

掃描所有網(wǎng)格格點(diǎn)，計(jì)算出所有網(wǎng)格格點(diǎn)的電場值和磁場值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種時(shí)域有限差分法硬件加速器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，組建鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)這一步驟，具體包括：

使用算術(shù)邏輯單元搭建PE的多個(gè)計(jì)算邏輯塊；所述算術(shù)邏輯單元包括加法器和乘法器；

根據(jù)時(shí)域有限差分法算法中的表達(dá)式，計(jì)算得出每個(gè)所述計(jì)算邏輯塊對應(yīng)的電場分量和磁場分量；

將多個(gè)所述計(jì)算邏輯塊組合單個(gè)PE；

多個(gè)所述PE沿一維方向排列組合成鏈?zhǔn)接?jì)算處理單元排列結(jié)構(gòu)。