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可重构计算（Reconfigurable Computing ） 李磊 eniac@ncic.ac.cn 智能中心HPC-OG组 2003-10-22 内容 RC：whatwhy RC的体系结构 RC的研究项目 RC与DSAG RC：What Why 可重构计算：Reconfigurable Computing，RC FPGA-based RC 历史：50年代，80年代 目标：the performance of hardware with the flexibility of software. ASIC －专用，processor－通用 性能－成本 我们的目的 DSAG：光互连－“拆”；RC－“ 聚”，聚的过程需要重构 研究RC体系结构理论和方法对DSAG理论的指导 研究如何利用现有的RC技术和产品构建DSAG RC的研究主题 体系结构 逻辑，连接 软件技术 描述，编译，开发环境 快速可重构技术 实时性，更高的动态性 应用 ASIC （小雨点卡），design/verification(龙芯)，DSAG （？） Why Reconfigurable Computing? From CMU，1998 FPGA FPGA：Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列 家族历史：PAL，GAL，PLD，CPLD，FPGA 工艺实现：乘积项/查找表，SRAM/flash/EEPROM 厂商与产品 产品： MAX，FLEX，APEX ，Stratix，cyclone等。开发工具：MaxplusII， QuartusII 。 产品：XC ，Spartan，Vertix等，开发工具：Foundation，ISE。 产品：LSI，MACH等。 产品：反熔丝技术的PLD。 其他厂商：cypress，Quicklogic，atmel，WSI ，lucent…. RC的原理 基于乘积项（product-term）的PLD原理 AND3 的输出f ＝（A+B ）*C*(!D) = A*C*!D+B*C*!D 基于乘积项（product-term）的PLD原理(续) PLD宏单元 基于乘积项（product-term）的PLD原理(续) 宏单元，可编程连线，IO控制块，公用信号专用通道 硬件可编程技术 SRAM可编程位 可编程连线 基于查找表（Look-up Table, LUT）的FPGA 查找表：Look Up Table 当用户用HDL或原理图描述了一个逻辑电路后，FPGA软件会自动计算所有可能的 结果，事先写入RAM，以逻辑输入作为地址来查找，输出结果。 FPGA典型结构 基于查找表（Look-up Table, LUT）的FPGA （续） Xilinx SpartanII 逻辑块的粒度 粗粒度 中粒度 细粒度 面向应用：datapath，computing，co-processor 重构时间： RC与计算机系统的耦合模式 In HPC? 连接结构 一维 岛式 段式 层次式 混合式