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计算机应用研究
2004 年
可重构计算技术及其发展趋势*
段 然, 樊晓桠, 高德远, 沈 戈
( 西北 工业大 学 计算 机科 学与 工程 系, 陕 西 西安 710072) 摘 要: 可 重构 计算 技术 结合 了通 用处 理器 和 ASIC 两者 的优点 , 能够 提供 硬件功 能的 效率 和软 件的 可 编程 性 .
对可 重构 计算 技术的 基本 概念 以及 特征 分类 概要 介绍 的基 础 上, 较 为 详 细 地 介 绍了 目 前 的 一 些 典 型 研究 成 果 , 并针 对可 重构 计算的 关键 技术 和发 展趋 势进 行了 探讨 . 关键 词: 可 重构 计算 ; FPGA; 粗( 细 ) 粒 度; SoC 中图 法分 类号 : TP303 文献 标识 码: A 文 章编 号: 1001- 3695 ( 2004 ) 08 -0014- 04
Reconfigurable Computing Technology and Developing Trends
DUAN Ran, FAN Xiao-ya, GAO De-yuan, SHEN Ge
( Dept. of Computer Science & Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi' Shanxi 710072 , China) an
Abstract: Reconfigurabie computing technology combined the advantages of GPP and ASIC. Reconfigurable Computing System can provide the hardwired functional efficiency and software programmability at the same time. Firstly introduces some basic concepts and classification of Reconfigurable Computing Technology, then presents several typical research projects in detail and makes some discuss on the key techniques and developing trends. Key words: Reconfigurable Com puting; FPGA; Coarse( Fine) Granularity; SoC 经过二十多年的发展, 现代通用处理器的体系结构与传统 冯·诺伊曼结构相比虽然已经有了很大变化, 但是其基本框架 仍然是以冯·诺伊曼结构为 基础, 其特 点是适 用范围 广, 但 计 算效率低. 通 用处 理 器 的 每 一 次 改 进都 是 以 减 小 芯 片 面 积 ( 提高集成度) 和提 高处 理速 度为 主要 标志, 体系 结构 在本 质 上并无多大变 化.人 们又 利 用 ASIC 器 件来 提 高计 算速 度 和 计算效率, 虽然 可 以满 足性 能 要求, 但 是 ASIC 器件 的灵 活 性 很差, 只能针对某一个特定的算法.随着 20 世纪 80 年代 中期 Xilinx 公司推出其 第一 款现场 可编 程门 阵列 ( FPGA) 以 来, 另 一种实现手段— —可重构计算技术逐渐受到人们的重视, 因为 — 它能够提供硬件功能的效率和软件的可编程性, 随着可编程器 件容量根据摩尔定律的不断增大和自动设计技术的发展, 可重 构技术正迅速地成熟起来. ( Adaptive Computing System) .本文不对两种定义进行区别. 计算机设计者经常面临的 问题是 要在速 度及通 用性两 者 之间寻找平衡, 可重构计算将 微处理 器与 ASIC 的优 点结合 在 一起, 既有通用 处 理器 的灵 活 性, 也有 ASIC 一 样高 效的 硬 件 电路, 以达到软件的灵活及硬件的优化.无论是功能块实现的 逻辑功能, 还是相互之间的连线, 都可以被反复重新编程, 即硬 件电路可以随时根据需要而改变. 1986 年 Xilinx 公司第一款基于 SRAM 的 FPGA 的问世, 标 志着现代可重构计算的开端
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.这些 可编程 器件是 由细粒 度
的可编程逻辑块通过走线 和可编 程开关 相连而 组成的.早 期 的 FPGA 结构中只包含 少量 的逻 辑块, 一 般少 于 100 个, 现 在 器件的容量大大增加了, 包含 上百万 甚至上 千万.FPGA 的 可 编程元件是基于 SRAM 的, 可以快 速地重 新编程, 这 一特性 成 为 FPGA 在许多领域获得广泛应用的关键, 并成为可重构计 算 系统发展的持续驱动力量, 极大地推动了可重构计算的发展. 可重构计算目前是研究的一个热点, 但研究者们所采用的 术语 甚 至 概 念 却 不 尽 相 同, 如 文 献 [ 3 ] 认 为 可 重 构 计 算 ( Reconfigurable Computing) 和 可重 构 逻辑 ( Reconfigurable Logic) 是两个不同的概念, 可重 构逻辑 专指 FPGA, 而 可重 构计 算 则是指粗 粒 度的 可 重 构 阵 列, 如 PACT 公 司 的 XPP 结 构 要在这里将一些基本达成共识的概念和分类作一介绍

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