可重构芯片体系结构及其发展趋势

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1、第４４卷第４期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．４２０１４年７月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１４可重构芯片体系结构及其发展趋势胡国，赵小冬，李明娟（中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安７１００６８）摘要：可重构芯片同时兼具通用处理器的灵活性和专用处理器的高效性，还具有高可靠性、低能耗、低成本等优点，在半导体产品中逐渐兴起。介绍了目前的一些典型可重构芯片的体系结构，从功能重构实现方式和可重构硬件类型角度分析了可重构芯片的体系结构，探讨了可重构芯片多核异构和可演化的发展趋势。关键词：可重构芯片；重组；重构；多核

2、异构；可演化中图分类号：ＴＰ３３１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０４桘０１１６桘０５ArchitectureofReconfigurableChipanditsDevelopmentTrendsＨＵＧｕｏ，ＺＨＡＯＸｉａｏ桘ｄｏｎｇ，ＬＩＭｉｎｇ桘ｊｕａｎ（Xi′anAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，AVIC，Xi′an７１００６８，China）Abstract：ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｃｈｉｐｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆＧＰＰｗｉｔｈｔｈｅｈ

3、ｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡＳＩＣ．Ｉｔａｌｓｏｔａｋｅｓｏｎｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ．Ｉｔ′ｇｒａｄｕａｌｌｙｏｎｔｈｅｒｉｓｅｉｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｓｏｍｅｔｙｐｉｃａｌｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｃｈｉｐｓａｎｄａｎａｌｙｓｅｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｃｈｉｐｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｏｆｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｉｍｐｌｅｍ

4、ｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｔｙｐｅｏｆｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｈａｒｄｗａｒｅ，ｔｈｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｃｈｉｐｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｍｕｌｔｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．Keywords：ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｃｈｉｐ；ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ；ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ；ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ引言基于可重构计算技术实现的可重构芯片的基本设计思想是通过动态配置

5、片上的处理单元、存储单元和从２０世纪８０年代开始，通用处理器芯片成为了互连单元，来支持各种不同类型的计算模型。根据日构造各类计算机的基础部件。通用处理器指令粒度非本原日立公司总工程师牧村次夫（ＴｓｕｇｉｏＭａｋｉｍｏｔｏ）提常小，灵活性高，可以实现任意复杂运算。但是，通用出的“牧村浪潮”和我国许居衍院士及团队提出的半处理器处理速度相对较慢，无法满足诸如需要进行庞导体特征循环，从半导体产品循环的第五波浪潮（１９９８大矩阵运算的实时系统的需求。于是，出现了针对特－２００８年）开始，可重构特性已经成为半导体产品发定应用设计和实现的专用处理器。专用处理器指令

6、粒展的一个重要特征。可重构芯片的涌现符合半导体特度可以做得很大，在进行特定的运算时能够获得高性征循环规律，它发展成为未来的主流产品有其内在的能和高效率。但是，专用处理器不具备灵活可变的特［２］必然性。性，研制需要耗费大量人力、物力，且价格昂贵。可重构计算（ＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ）技术的兴起，为解决计算性能和灵活性的平衡问题提供了一个１可重构芯片的优势很好的方案。所谓可重构计算，是指在软件的控制下，伴随着应用领域特别是嵌入式环境对系统的性利用系统中的可重用资源，根据应用的需要重新构造能、能耗、可靠性等指标需求的不断提高，可重构芯

7、片一个新的计算平台，达到接近专用硬件设计的高性越来越受到业界的重视。可重构芯片具有如下优势：［１］能。可重构计算作为一种新的体系结构，填补了软１）兼具高灵活性与高性能硬件之间的鸿沟，不仅保持了硬件的高性能，同时还具可重构计算结合半导体技术的进步，将硬件变成有接近于软件的灵活性。可“编译”的。可重构硬件在面对不同的计算任务时，收稿日期：２０１４－０４－２４基金项目：航空科学基金项目资助（２０１３ＺＤ３１００７）作者简介：胡国（１９８９－），男，彝族，四川凉山人，助理工程师，硕士研究生，主要研究方向为计算机应用。２０１４年７月胡国等：可重构芯片体系结构及

8、其发展趋势·１１７·可以根据计算任务的特点进行重新剪裁和重组，构建Ｔｉｌｅ既可以独立执行不同的线程，也可以通