多核微处理器加速平台RAMP研究

ｉｘ Ｉｔｌ 国际大公 司也 参 与合 作 ， 提 供技 术 支 ｎ 、ｎ ｅ 等 并
行 简介 、 纳 和分析评 价． 归
前人 曾大 量尝试 解 决 通用 并 行 计算 问题 ， 一 直 没 但 有令 人满 意 的方 法． 核 处理 器 系 统 的研 究 开 发 使 多 得业 界迫 切需要 创新 的解 决方 法 ， 比单核研 究 ， 相 这
需 要更 加广 泛 的软硬 件协 同开 发． 正 是 在 这 一 背 景 下 ，源 自 著 名 国 际 会 议 Ｉ Ｃ ０ ５上 的 一 次 讨 论 ， 核 微 处 理 器 加 速 平 台 Ｓ Ａ２ ０ 多
第 ２ 卷 第 ２期 １
２ １ 年 ６月 ０１
湖 南 工 程
学 院 学 报
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ２ １ ２ ． ． Ｊ ｎ ０ １ ｕ ｅ２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨｕ ａ ｎ ｔｔ ｔ ｆＥｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｒ ａ ｎ ｎ Ｉ ｓｉｕ ｅｏ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ
多 核 微 处 理 器 加 速 平 台 ＲＡ Ｍ Ｐ 研 究
台／ 具 ， 有低成 本 、 功 耗 、 速 、 活 、 观 测 、 工 具 低 快 灵 可
主平 台硬 件 以多 Ｆ ＧＡ 为基 础搭 建 ， Ｐ Ａ 具 有 以 Ｐ ＦＧ 下 ５ 优 势［ ： 点 ２ ①快 速生成 各种新 的硬件 系统 ； 根 ］ ② 据摩 尔定 律 ， 当处 理器 芯片密度 增加 时 ， Ｐ Ａ 的密 ＦＧ
结构 ， 并行 和 多核 体 系结构 的研 究带 来 了新 的途 径和 手段 ． 析 了 Ｒ 给 分 ＡＭＰ平 台的 体 系结 构和 设 计框
架， 简介 了 当前 主 要 的 Ｒ ＡＭ Ｐ研 究 项 目， 从 Ｒ 并 ＡＭＰ 架 构 、 Ｐ Ｆ ＧＡ 硬 件 平 台 、 重 用模 块 库 和 模 拟 器 原 可
ＲＡＭＰ 的 思 想 产生 了． ＡＭＰ 旨在 创 建一 个 低 成 ） Ｒ
本 、 重构 、 可 高度并 行 的平 台来加 快多核 处理器 研究 中的 软硬件 开发 速度 ， 吸 引各 个 领域 （ 系结 构 、 并 体 编 译 、 作 系统 和应 用 程序 等） 操 的研 究者 来一起 致力 于 解决 并行 计算 的挑 战． ＲＡＭＰ的工 作 主要 是 开发 和 共享 用于 研究并 行体 系结 构所需 的软 硬件基 础平
传统 单核 研究 开发 方法具 有硬件 原 型开发周 期
持 ． ＡＭＰ的 出现给并行 及多 核研 究 的带 来 了新 的 Ｒ
途 径． 过 ５年的发 展 ， ＡＭＰ经 历 了成 长 发展 ， 经 Ｒ 产
生 了 日 益 广 泛 的 影 响 ，日趋 成 熟 ． 文 在 分 析 了 本
长、 软件模 拟 器慢 、 硬 件 不能 同时 开发 等 缺 点 ， 软 这
可 再现 及 可 信 性 等 诸 多 特 性． ＲＡＭＰ平 台 采 用 多
Ｆ ＧＡ模 拟 的方案 ， Ｆ ＧＡ 以硬 件 的速 度 级来 模 Ｐ 用 Ｐ 拟 高度 并行 体系结 构．
在 学术 界 ， 克利 、 伯 奥斯 汀 、 省 、 坦福等 著名 麻 斯 大 学均 参与 了 Ｒ ＡＭＰ项 目； 在业 界 ， 软 、Ｂ 、 ｌ 微 Ｉ Ｍ Ｘｉ －
些缺 点在 面 临 规 模 急 剧 膨 胀 的 多核 研 究 时更 加 凸 显 ， 乎无 法用 于解决 多 核处理 器 的研 究 问题． 行 几 并 可能 是过 去 ５ Ｏ年 中面对计 算 时的遇 到的最 大挑 战 ，
Ｒ ＡＭＰ相关 的重要 论文 和报 告资 料 等基 础 上Ｌ ， １ 从 ］ 体 系结 构 、 研究 课 题 、 发展 趋势 等 方 面对 Ｒ ＡＭＰ进
度也 随之 同 比增加 ， 因此 能 轻 松 映射 很 多核 到 单个
Ｆ ＧＡ 上 ， 通过 多 Ｆ ＧＡ来 映 射 数量 巨 大 的多 核 Ｐ 并 Ｐ 系统 ； ③相 比定制 多 处理 器 更便 宜 ， 耗 更 低 ； 多 功 ④ 核能 映射 编程到单 个 Ｆ ＧＡ， 用 多 Ｆ Ｇ 构 成开 Ｐ 使 Ｐ Ａ 发板 ， 用多个 开发 板构成一 个 系统 ， 能在其 上研究 就 开发大 规模 复杂 的 系统结 构 ； 处 理器 核 能 运 行在 ⑤ ｉ ０ ０ ， 以 以一 个 充 足 的速 度 运 行 操 作 系 ０ ￣２ ０Ｈｚ 足 统和大 型程 序 ， 因此也能支 持软件 研究 ， 因此 将加速
陈 文 结
（ 南农 业 大 学 信 息 科 学 技术 学 院 ， 沙 ４０ ２ ） 湖 长 １ １ ８
摘
要 ：微 处理 器 向多核 和 众核 方向的发展 给 计 算机 体 系结构 带来 了新挑 战． 针对 这一挑 战 ， 多核 处理
器加速 平 台 Ｒ ＡＭＰ应运 而 生 ， 通过 采 用多 Ｆ ＧＡ模 拟 ， Ｆ ＧＡ 以硬 件 的速度 级来模 拟 高度并行 体 系 Ｐ 用 Ｐ
（ ｓ ａ ｃ Ａｃ ｅ ｅ ａ ｏ ｆ ｒ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｃ ｌｒ ｔ ｒ ｏ Ｍ ｕ ｔｐ ｅ ｌ ｌ Ｐｒ ｃ ｓ ｏ ｓ ｉ ｏｅ ｓｒ ，
１ ＲＡＭＰ的 体 系结构
多核 研 究需 要 权衡 模 型 的真 实性 、 型设 计 开 模 销及 模拟 速度和 能 力来 进 行建 模 ， 常 多 核处 理 器 通 研究 中的 一 个 基 本 模 拟 过 程 就 是 在 主 平 台 （ ｓ Ｈｏｔ Ｐａｆｒ 上模 拟 目标 机 （ ｒ ｅ ｃ ｉｅ ． ＡＭＰ ｌｔ ｍ） ｏ ＴａｇｔＭａｈｎ ） Ｒ
型等 四个方 面对 Ｒ ＡＭＰ的现 有研 究工作进 行 总结 分析 ， 最后 对 Ｒ ＡＭＰ研 究的发展趋 势展 开探讨 ．
关 键 词 ： 多核 ； ＡＭ Ｐ Ｒ ；模 块 库 ； 拟 器 模
中图分 类号 ：ＴＵ９ ７ ９
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文 献标识 码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ７ 一ｌ ９ ２ ｌ） ２ ０ ０ ４ ６ １ １ Ｘ（ Ｏ １０ —０ ６ —０