【摘要】： 二維SIMD結(jié)構(gòu)是在嵌入式系統(tǒng)中提高多媒體處理能力的有效系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是指N×N個處理單元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的陣列結(jié)構(gòu),同行/列的處理單元以SIMD方式工作,不同行/列并行執(zhí)行。基于這種結(jié)構(gòu)上數(shù)據(jù)和計算的并行性,它通常被用作多媒體加速部件與通用處理器核集成在一個SOC上,并由通用處理器完成應(yīng)用程序中串行部分的計算。目前,二維SIMD結(jié)構(gòu)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都很受關(guān)注,許多高校和公司均有基于二維SIMD結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。 由于二維SIMD結(jié)構(gòu)的特殊性和多媒體應(yīng)用的特點,目前對于二維SIMD結(jié)構(gòu)的研究大多著眼于如何提高程序的并行性從而提高性能,忽略了該結(jié)構(gòu)在功耗方面的問題。隨著移動科技的飛速發(fā)展,二維SIMD結(jié)構(gòu)作為多媒體加速部件被越來越多的應(yīng)用到移動設(shè)備上,由于電池體積和重量的限制,設(shè)備功耗的問題日益凸顯。目前低功耗技術(shù)在硬件層面上已經(jīng)發(fā)展的相對成熟,如果想要取得更好的性能/功耗比,就要采用軟件級的低功耗技術(shù)�，F(xiàn)在軟件級的低功耗技術(shù)存在著大量的研究工作,如編譯器指導(dǎo)的電壓調(diào)節(jié)技術(shù)、關(guān)閉空轉(zhuǎn)部件減少系統(tǒng)能量消耗等。 本文在深入分析了二維SIMD體系結(jié)構(gòu)和多媒體應(yīng)用程序代碼的基礎(chǔ)上,提出了一種在編譯級進(jìn)行低功耗優(yōu)化的算法。作為多媒體加速部件,在系統(tǒng)執(zhí)行串行操作時二維SIMD結(jié)構(gòu)基本處于空閑狀態(tài)。在執(zhí)行二維SIMD并行操作時,由于多媒體程序數(shù)據(jù)類型小、并行性高的特點,并非所有二維SIMD部件都全程參與運(yùn)算。這就給適時關(guān)閉空轉(zhuǎn)的部件,降低時鐘動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗提供了很大的空間。本文針對這兩個時間段內(nèi)的能量消耗,采用動態(tài)關(guān)閉空轉(zhuǎn)部件的方法,在編譯源碼的同時對代碼進(jìn)行分析,尋找合適的位置插入特殊的指令,讓二維SIMD功能部件開啟或者關(guān)閉。硬件結(jié)構(gòu)識別出這些指令,執(zhí)行開啟或者關(guān)閉操作。我們修改了在SimpleScalar基礎(chǔ)上實現(xiàn)的二維SIMD結(jié)構(gòu)模擬器,并在這個平臺上測試了算法優(yōu)化的結(jié)果。實驗數(shù)據(jù)顯示算法能夠有效的節(jié)省系統(tǒng)的能量消耗,同時對性能影響很小,在可接受范圍內(nèi)。本文的主要貢獻(xiàn)如下所述: 1.針對多媒體應(yīng)用程序,提出了一種基于動態(tài)關(guān)閉空轉(zhuǎn)部件的二維SIMD結(jié)構(gòu)低功耗調(diào)度算法。 2.針對二維SIMD結(jié)構(gòu)中不同功能單元的工作特性,分別提出調(diào)度方案。 3.針對多媒體程序的特點,提出了二維SIMD結(jié)構(gòu)中存儲部件的局部化調(diào)度方案。 4.分析實驗結(jié)果,給出了一些多媒體程序的優(yōu)化建議,以降低其運(yùn)行在二維SIMD結(jié)構(gòu)上的功耗。
【圖文】：

多個短的SIMD功能單元則只需要進(jìn)一步發(fā)掘sIMD指令的并行性。因此，多個短的SIMD功能單元更有利于編譯器的優(yōu)化。基于這樣的考慮，多sIMD結(jié)構(gòu)逐漸成為各個處理器芯片中主要的多媒體加速手段。如圖1.2所示。三三三i亞P，三二一二三二三\}一一一一，，、一。P。…單一長sIMD功能單元 OOOP---O代 代 代 代 OOOPIIIOPZZZZZZZOPNNN多個短SIMD功能單元圖 1.2單個長SIMD功能單元與多個短SIMD功能單元對比近年來VLSI技術(shù)飛速發(fā)展，20年前花費(fèi)上億美元開發(fā)的并行系統(tǒng)現(xiàn)在能以較低的成木集成到一個芯片上來實現(xiàn)。因此多sIMD結(jié)構(gòu)越來越引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視，許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)設(shè)計了基于多SIMD結(jié)構(gòu)的多媒體處理芯片。目前多sIMD按其片上Cache的組織形式，可以分為分布式主存多SIMD結(jié)構(gòu)和共享主存多SIMD結(jié)構(gòu)。分布式主存多SIMD結(jié)構(gòu)的每個SIMD功能單元有各自的本地Caehe，t匕較典型的系統(tǒng)如IBM的eell[17]。共享多主存SIMD結(jié)構(gòu)的各個SIMD功能單元共享片上Cache。由于共享主存SIMD結(jié)構(gòu)有比較小的芯片面積和能量消耗?

MorphoSys結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TP332

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 姜偉華;針對實際多媒體程序和多媒體擴(kuò)展指令集的SIMD編譯優(yōu)化[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

2 朱嘉華;SIMD編譯優(yōu)化方法研究[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

3 張為華;共享主存多SIMD結(jié)構(gòu)編譯優(yōu)化及結(jié)構(gòu)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張逸n

本文編號：2614329