【摘要】：由于相比于單核處理器具有更高的性能,相比于專用集成電路具有更大范圍的通用性和靈活性,多核處理器系統(tǒng)已經(jīng)逐步成為近年來處理器市場(chǎng)的主流發(fā)展趨勢(shì)。從最初的個(gè)人電腦領(lǐng)域到目前競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的便攜電子設(shè)備市場(chǎng),雙核處理器、四核處理器已被普遍應(yīng)用。然而根據(jù)嵌入式電子設(shè)備的應(yīng)用特點(diǎn),高處理性能和低能量消耗成為產(chǎn)業(yè)界中各個(gè)處理器生產(chǎn)廠商共同追求的目標(biāo),同時(shí)也是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。和傳統(tǒng)處理器目標(biāo)一致的是,多核處理器依然追求單個(gè)處理單元的計(jì)算效率。和傳統(tǒng)單核處理器不同的是,多核處理器需要根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)將程序分配到不同的處理核心,然后不同核心間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和同步,因此核間通信結(jié)構(gòu)和模塊也是影響多核處理器性能的決定性因素。雖然目前已經(jīng)有很多優(yōu)秀的多核處理器研究成果,不過由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性和應(yīng)用環(huán)境的多樣性,并沒有一個(gè)最優(yōu)的或者統(tǒng)一的體系架構(gòu)占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位,這也就意味著仍然有許多內(nèi)容和方向值得研究和探索。 本文旨在針對(duì)通信和多媒體應(yīng)用領(lǐng)域,在分析和借鑒已有的優(yōu)秀多核處理器架構(gòu)基礎(chǔ)上,提出用以提高系統(tǒng)性能和功耗效率的運(yùn)算和通信模塊的設(shè)計(jì)方法。論文主要內(nèi)容包括已流片完成的第一版多核處理器中運(yùn)算模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用在第二版處理器中的可執(zhí)行運(yùn)算陣列,以及多核處理器核間通訊機(jī)制的設(shè)計(jì),還包括在TSMC65nm工藝下使用先進(jìn)的高速低功耗后端設(shè)計(jì)流程。具體內(nèi)容如下： (1) SIMD運(yùn)算單元與可執(zhí)行運(yùn)算陣列 本論文在一款以MIPS324KE作為設(shè)計(jì)參考并部分兼容MIPS32指令集的RISC單核處理器下,對(duì)其中的運(yùn)算單元(包括MDU,ALU,Shifter)進(jìn)行操作模式的擴(kuò)展并增加相對(duì)應(yīng)操作指令,利用其數(shù)據(jù)并行性來提升數(shù)據(jù)處理的效率,達(dá)到提高性能和降低功耗的目的。 另外針對(duì)第一版多核處理器中對(duì)通信和多媒體應(yīng)用中特定計(jì)算效率不足的問題,在第二版處理器的設(shè)計(jì)中,以H.264和LTE為主要參考對(duì)象,對(duì)程序進(jìn)行分析,提取出特定的加速單元構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)陣列,在不同的程序運(yùn)行之前對(duì)其進(jìn)行不同的配置,明顯提高其運(yùn)算效率。 (2)可配置寄存器文件及FIFO映射核間通信機(jī)制 在本文中,對(duì)傳統(tǒng)寄存器文件做了擴(kuò)展,采用了以寄存器組為單位的可配置寄存器文件,這樣做的好處是為應(yīng)用程序增大了數(shù)據(jù)暫存的空間,減少了寄存器文件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間存取訪問帶來的功耗。 另外在核間通訊方面,本文采用基于二維網(wǎng)格的數(shù)據(jù)通信(message-passing)方式,對(duì)于處理器與片上網(wǎng)絡(luò)通信的FIFO,在原有的存儲(chǔ)器映射機(jī)制基礎(chǔ)上,增加了通過配置的方式映射到存儲(chǔ)器文件地址空間的通信方式,這樣處理器的計(jì)算結(jié)果就可以直接發(fā)送到消費(fèi)端處理器而無需先暫存于寄存器文件或存儲(chǔ)器內(nèi),是提高通信效率的一種簡(jiǎn)單有效的設(shè)計(jì)方法。 (3) TSMC65nm工藝下的高性能低功耗后端流程設(shè)計(jì) 在總結(jié)處理器前端設(shè)計(jì)中利用SIMD架構(gòu),可配置寄存器和兩種門控時(shí)鐘技術(shù)提升處理器性能降低功耗外,在芯片的后端設(shè)計(jì)方面,探討了利用TSMC65nm工藝提供的多種標(biāo)準(zhǔn)單元庫以及工具所支持的多閾值設(shè)計(jì)流程對(duì)性能和功耗的優(yōu)化技術(shù)。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP332

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李曉潮;焦李成;洪新華;盧瀟;;基于嵌入式SIMD處理器的音頻解碼優(yōu)化[J];計(jì)算機(jī)工程;2009年01期

2 權(quán)衡;肖瑞瑾;歐鵬;尤凱迪;黃貝;虞志益;;基于65nm工藝的高性能低功耗處理器設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)工程;2012年19期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 尤凱迪;高性能低功耗多核處理器研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：2580552