esca高性能处理器控制内核的研究与实现

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandImplementationoftheControlCoreinESCAHighPerformanceProcessorCandidate:RaoJinliMajor:MicroelectronicsandSolidStateElectronicsSupervisor:Prof.DaiKuiHuazhongUniversityofSciencea

2、ndTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJanuary,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的

3、复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要混合计算架构采用异构处理器，充分挖掘不同架构处理器的体系结构优势，分别对控制密集和计算密集型任务进行优化处理，协同实现对应用的加速，已成为高性能计算体系结构的重要发展趋势之一。本项目组基

4、于混合计算思想，面向工程科学计算和多媒体领域应用设计了一款高性能多核处理器-ESCA（EngineeringandScientificComputingAccelerator）。ESCA处理器以协处理器的形式对应用中计算密集型任务进行加速，采用SIMD/Vector/Sub-word等技术实现高性能。ESCA处理器由控制内核和计算阵列两部分组成，本课题主要围绕控制内核的关键技术研究及其实现展开。本文首先从ESCA系统的角度介绍相关模型，然后阐述了ESCA处理器的指令集、硬件框架和存储组织等体系结构关键知识。在此基础之上，确定控制内核的具

5、体功能职责并定义了微体系结构。控制内核指令集采用分层编码，扩展控制指令以支持特殊控制流。针对大规模规整数据传输进行优化，提出了显式存储访问机制。硬件实现以流水线为主线，力求性能与开销的折衷。采用软硬件协同验证方法对控制内核的复杂控制流进行验证，设计了混合验证平台，自动化的验证流程极大地缩短了验证周期。最终的ESCA处理器设计进行了硅原型实现，工作频率为250MHz，总面积为2217676582.00μm，其中控制内核面积为3107821.56μm，硬件开销比例为17.58%。以DGEMM为评测程序，对系统实现的显式存储访问机制进行了性能

6、评测，存储访问延迟隐藏能够达到运行总时间的56%，并获得1.5倍的加速比，表明该机制可有效弥补计算与存储访问间的速度差异，提高系统计算效率。关键词:高性能计算，混合计算，多核协处理器，ESCA，控制内核，显式存储访问机制，软硬件协同验证I华中科技大学硕士学位论文AbstractHybridcomputingarchitectureexploitsprocessorarchitectureadvantagestooptimizecontrolintensiveandcomputingintensivetasksindependentlyb

7、yequipmentingheterogeneousprocessors.Differentprocessorscooperatetoaccelerateapplications.Itisbecommingoneofthekeytrendsofhighperformancecomputingarchitecture.Ourgrouphasdesignesahighperformancemulti-coreprocessor-ESCA(EngineeringandScientificComputingAccelerator)toaccel

8、erateapplicationsinscientificandmultimediafieldbaseonhybridcomputingtheory.ESCAProcessoraimsataccelerat