可重构计算技术及其发展趋势

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1、万方数据．14．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—0014一04ReconfigurableComputi

2、ngTechnologyandDeVeloping7rrendsDUANRan，FANXiao—ya，GA0De-yuan，SHENGe(D印￡．∥Co唧“￡e，s疵删&E倒舶硎ng，Ⅳo疗^嬲fem尸。纳曲n妇Z‰i唧s渺，尉’口n曲口眦i710072，傩i眦)Abstract：ReconfigumbiecomputingtechnologycombinedtheadvantagesofGPP8ndASIC．ReconfigurableComputingSystemeanprovidethehardwiredfunctionalemciencyandsoftwarepmg

3、r枷mabilityatthesametime．FirstlyintroducessomebasicconceptsandclassificationofRecoIIfigurableCornputingTechnology，thenpresentsseveraltypicalresearchprojectsindetailandmakessomediscussonthekeytechniquesanddevelopingtI℃nds．Keywords：Reco曲gurableComputing；FPGA；Coarse(Fine)Granularity；SoC经过二十多年的

4、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

5、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。1可重构技术简介及其概念分类早在20世纪60年代末，美国加利福尼亚大学的GerajdEstrin就提出了重构计算的概念，并研制了原型系统。该系统由非柔性但可编程的处理器和柔性的由程序控制重构的数字逻辑部件两部分组成¨J。该系统其硬件和软件尽管抽象层次不高但均可编程重构。由于当时实现技术尚不完善，故Estrin研制的系统只是其理论设计的粗略近似。但这种结构奠定了以后可重构计算系统的核心基础¨“。(1)可重构计算系统。它是指依软件来改变硬件结构，以适应具体应用的计算平台。也有人称之为自适应性计算

6、系统收稿日期：2003-07-22；修返日期：2003-09-26基金项目：国家自然科学基金资助项目(60273088)(Ad印tivecomputingsystem)。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Xilill)【公司第一款基于SRAM的FPGA的问世，标志着现代可重构计

7、算的开端"J。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(Reco越guLableComputing)和可