国产处理器研究与发展现状综述

处理器是所有数字电子产品的核心所在,处理器的技术水平也代表着国家电子产业的发展状况.近年来随着国产处理器的发展,我国出现很多研究单位,这些单位主要是对处理器进行研究的,在研究的同时还对处理器的特点进行了介绍.本文主要是对国产处理器的研究进行讨论,再对其发展现状及现阶段的主要问题提出了解决措施.     

ECC专用指令处理器软硬件协同设计

提出了一种专用指令处理器的软硬件协同设计方法,该方法可以在设计的早期阶段对处理器进行系统探索和验证.根据椭圆曲线密码算法的特点,并按照专用指令处理器的设计原则,以椭圆曲线密码运算基本操作及运算存储特性为基础,设计了超长指令字ECC专用指令处理器的指令集结构模型.根据处理器的指令集结构模型,以指令模拟器为基础,搭建了处理器的软硬件协同验证平台,从系统设计、RTL描述和FPGA硬件原型3个不同层次对处理器进行了验证.     

面向异构融合处理器的性能分析、优化及应用综述

随着异构计算技术的不断进步,CPU和GPU等设备相集成的异构融合处理器在近些年得到了充分的发展,并引起了学术界和工业界的关注.将多种设备相集成带来了许多好处,例如,多种设备可以访问同样的内存,可以进行细粒度的交互.然而,这也带来了系统编程和优化方面的巨大挑战.充分发挥异构融合处理器的性能,需要充分利用集成体系结构中共享内存等特性;同时,还需结合具体应用特征对异构融合处理器上的不同设备进行优化.本文首先对目前涉及异构融合处理器的研究工作进行了分析,之后介绍了异构融合处理器的性能分析工作,并进一步介绍了相关优化技术,随后对异构融合处理器的应用进行了总结.最后,对异构融合处理器未来的研究方向进行了展望,并进行了总结.     

最便宜酷睿英特尔酷睿2 E6300评测

2006年下半年,采用Core微架构的处理器已经公开发售.这次架构的改变也统一在移动处理器、桌面处理器和服务器处理器中进行,分别有面对笔记本市场的移动处理器Merom,面向桌面处理器的Conroe和服务器领域的Woodcrest.     

一种高速实现BP网络的SIMD处理器

为了解决数字VLSI实现BP网络时会引起矩阵转置和处理器内部数据通信的问题,提高可编程处理器的并行度,本文从硬件实现的角度,基于BP网络的算法特点,对这两个问题进行分析,设计了一种适于BP网络的并行度较高的可编程数字处理器的体系结构.该处理器基于分布式存储的SIMD结构,采用一维脉动阵列实现矩阵转置以及全联通的数据通路实现处理器的内部数据通信,减小这两方面引起的开销.该处理器在FPGA上进行了功能仿真,时钟频率为45MHz,与PC机、DSP、专用芯片等进行比较,实验结果表明BP网络在该处理器上运行可以达到较高的速度.     

一种挖掘多核处理器存储级并行的算法

多核处理器中,各个处理器核之间可以并发地进行外部存储访问,提供不同于单处理器的存储级并行(memory level parallelism)能力.不规则应用中的循环,传统的并行方法难以识别其并行性,不能充分利用多核处理器存储级并行能力和并行计算能力.对基于软件开发多核处理器存储级并行进行了讨论,提出一种前瞻并行多线程算法LLSM(loop level speculative mssultithreading).LLSM对不规则应用中的循环进行并行化,在多核处理器上的测试数据表明:该算法能够有效地挖掘多核处理器的存储级并行能力和计算能力,同时指出多核环境下存储级并行计算公式需要考虑线程同步开销.     

64位流处理器中运算群的设计与验证

流处理器作为新型高性能处理器,能够高效地处理32位流程序.但是对于64位流处理器的设计,由于VLSI技术的限制,存在着很多挑战.运算群作为流处理器的核心运算部件,在整个流处理器中起着重要作用.运算群部件设计的好坏直接关系到流处理器的性能.本文以典型的流处理器为模型,说明了64位流处理器中运算群的设计技术,并对其功能进行了模拟验证,达到了预期效果.     

面向新型处理器的数据密集型计算

近年来,随着数据量的不断增大,数据密集型计算任务变得日益繁重.如何能够快速、高效地实现在大规模数据集上的计算,已成为数据密集型计算的主要研究方向.最近几年,研究人员利用新型的硬件处理器对数据密集型计算进行加速处理,并针对不同新型处理器的特点,设计了不同形式的加速处理算法.主要对新型硬件处理器基于数据密集型计算的研究进行了综述.首先概述了新型硬件处理器的特点;然后,分别对新型处理器FPGA和GPU等硬件进行性能分析,并分析了每种处理器对数据密集型计算的效果;最后提出了进一步的研究方向.     

软硬件协同设计实现LTE关键算法的方法

为在超标量(superscalar)和超长指令字(VLIW)双模式混合架构的数字信号处理器上高效运行LTE通信系统,分析LTE的物理层模型,找到系统中的性能瓶颈,针对性能瓶颈提出软硬件协同设计的方法,对LTE关键算法进行优化.选择OFDM发射机和信道估计模块进行重点研究,从算法层面进行分析和优化,从处理器层面进行优化,其中包括指令集的改进和处理器结构的调整.实验结果表明,该方法有效可行,该处理器有良好的性能,LTE系统能在其上高效运行.     

一种轻量级的处理器核性能分析框架

面向国产处理器核心性能提升的实际需求,针对处理器核RTL设计中可能出现的性能缺陷问题,提出了一种基于RT L仿真的轻量级处理器核性能分析框架.该性能分析框架基于定向和随机测试激励,通过对基准处理器核(Base Core)和新一代处理器核(New Core)的RT L设计进行快速模拟仿真,并对模拟结果进行对比分析,从而发现New Core在RTL设计过程中可能引入的性能缺陷.基于该性能分析框架,结合实际应用场景给出了测试方法和测试结果.实践表明,该性能分析框架能够快速对New Core的RT L设计的性能预期进行验证,从而发现New Core在RT L设计过程中可能引入的性能缺陷,有效加速新一代处理器核的研制进程.     

Proto-Perf：快速精确的通用处理器原型系统性能评估方法

性能验证及评估是通用处理器设计实现过程中最重要且必须实施的关键步骤之一.高效的通用处理器原型系统性能评估方法不仅可以帮助处理器设计人员在处理器设计阶段尽早地定位性能设计缺陷,而且还可以在设计流片前验证处理器能否达到性能设计预期.然而,对处理器原型系统进行完整的性能测试需要运行较长的时间,这样巨大的时间开销导致设计人员无法及时进行性能设计分析,进而导致处理器原型系统的性能评估成为整个项目的瓶颈.提出了一种快速精确的通用处理器原型系统性能评估方法Proto-Perf.Proto-Perf性能评估方法使用动态程序分析方法和基本块聚合技术抽取测试程序的特征程序片段进行测试,显著地缩短了性能测试时间.实验结果表明,相比于完整运行SPEC CPU2006 REF数据规模测试程序获得的性能数据,使用Proto-Perf测试得到的性能数据的绝对误差平均达到1.53％,其中最高达到7.86％.并且,对于实验中的每个程序,使用Proto-Perf方法进行测试的时间都明显缩短.     

Xen中VCPU调度算法分析

为了降低虚拟化环境中虚拟机的性能开销,提高虚拟化实施效率,在综合考虑虚拟处理器在虚拟机调度过程中的需求的基础上,对Xen中基于信用度的调度算法进行了分析,该算法在处理器密集型应用、多处理器调度和QoS控制方面具有明显的优势.针对目前调度算法在多处理器和新型虚拟机监控器结构下存在的性能问题,提出了自旋锁优先和处理器绑定等优化措施.实例表明,该措施能够提高虚拟处理器的调度效率.     

一种面向非对称多核处理器的虚拟机集成调度算法

在计算机体系结构领域,非对称多核处理器将成为未来的主流.对于非对称多核处理器上的虚拟处理器调度问题,现有研究缺乏理论分析,且没有考虑虚拟处理器的同步特性.针对该问题,文中首先建立非线性规划模型,分析得出全面考虑虚拟处理器同步特性、核心非对称性以及核心负载的调度原则.然后,基于调度原则提出一个集成调度算法,该算法定义了效用因子、比例系数、比例资源的概念,结合虚拟处理器的同步特性和核心的非对称性对资源和负载进行全面度量;同时通过运行队列分解降低调度开销.提出的算法是第一个在非对称多核处理器上利用虚拟处理器同步特性的调度算法.实际平台上的实验表明:该算法实现了公平调度,并且性能比其他同类算法提高19%~48%.     

NIOS II处理器中定制指令的设计与实现

概要介绍NIOS II处理器,详述NIOS II处理器中定制指令的硬件实现和软件接口.并结合实例说明在进行SOPC设计时,可以把强实时软件算法或费时的软件计算作为定制指令,加入到NIOS II处理器指令集中,提高系统性能.     

面向移动设备的3D图形处理器设计

提出一种面向移动设备的3D图形处理器的设计方法,从图形算法和硬件架构两个层次进行优化.对图形算法进行C语言的仿真模拟,并设计高效的具有并行和流水线结构的图形处理器架构.该架构采用定点的数据通道,拥有一个可编程的顶点处理器和基于像素块的光栅扫描转换模块,降低电路复杂度的同时提高了整体性能.该设计已经在FPGA上验证,并给出了实验结果.实验结果显示该图形处理器结构可以满足移动设备的图形应用要求,具有可行性.     

龙芯2号同时多线程处理器的软硬件接口设计

随着生产工艺的提高,芯片上能集成越来越多的晶体管,多线程技术也逐步成为一种主流的处理器体系结构技术,而多线程处理器的软硬件接口也就成为急需解决的问题.在分析同时多线程的软件需求的基础上,提出龙芯2号同时多线程处理器的软硬件接口协同设计解决方案,给出相应的操作系统实现方案.同时,在Linux 2.4.20的基础上实现了龙芯2号同时多线程处理器相应的操作系统.通过运行SPEC CPU2000等测试程序进行性能评测,充分说明实现软硬件接口的龙芯2号同时多线程处理器极大地提高了多进程负载的性能.分析和设计方案不仅适用于同时多线程处理器,而且对于片内多核处理器的设计也有借鉴作用.     

龙芯3A多核处理器系统级性能优化与分析

多核处理器的性能与系统软件有着密切的联系:操作系统是处理器与应用程序之间的接口,对于充分利用处理器特性和提高应用程序的性能起着极其重要的作用;编译器与处理器体系结构密切相关,一方面要产生处理器支持的二进制代码,另一方面还要结合处理器特性产生高效运行的代码,其性能好坏直接影响着系统的整体性能.为了提高龙芯3A系统的实际性能,从操作系统和编译器着手,结合龙芯3A微结构特征,进行了一系列有效的优化.这些措施包括CC-NUMA多核操作系统的实现、操作系统二级Cache锁机制、操作系统调度共享二级Cache分配、自动向量化编译和支持预取机制的编译等.实验结果表明,在系统软件中增加对处理器特性的支持,能够充分挖掘体系结构的优势,对系统性能有较大的好处.其性能优化技术对于其他处理器的优化也有一定的借鉴价值.     

基于网络处理器的MPLS VPN协议的研究与实现

MPLS VPN是下一代互联网的主流安全协议之一,本文针对如何在基于网络处理器的高性能路由器中高效实现MPLS VPN协议开展研究.本文在路由器标准功能的软件基础上进行扩 展,提出了基于网络处理器的MPLS VPN协议实现软件结构;利用网络处理器灵活可编程性与高性能的优点,对其关键技术进行了设计与实现;充分发挥了网络处理器在快速协议扩展方面的优势,同时也对网络处理器软件升级的方法进行了有益探索.     

龙芯3号处理器多核虚拟化技术

MIPS 处理器是精简指令集（RISC）处理器中的一个重要代表,通常应用于嵌入式系统中.近年来,随着MIPS处理器性能的大幅度提升,其应用渐渐扩展到了高性能服务器领域.龙芯3号处理器是MIPS架构的典型代表.在目前的服务器研究领域中,多核技术是一项重要的技术指标,而虚拟化技术是另一项重要的技术指标.当前,虽然虚拟化技术得到了快速发展,但是龙芯3号处理器上的虚拟化技术却鲜有成果.基于龙芯3号处理器的多核虚拟化技术面临许多问题,虚拟多核架构结构复杂、核间通信方式难以模拟等都会为龙芯3号处理器上的多核虚拟化带来困难.分析了多核龙芯3号处理器的硬件结构以及物理多核的核间中断通信方式,在此基础上介绍了龙芯3号处理器上多核虚拟化关键技术.主要在多核处理器虚拟化总体架构设计、虚拟多核结构设计以及虚拟多核的核间通信方式等方面进行了讨论.实验的结果表明,在龙芯3号处理器上,该多核虚拟化方法具有良好的效果.     

基于多核处理器并发计算软件构架设计与实现

目前在诸多IT应用领域中,对处理器芯片的实时并发处理能力的要求越来越高,促使多核处理器芯片以及以多核处理器为核心的高性能应用系统迅猛发展.本文提出的基于异构多核处理器系统在高性能并发处理应用中的三层软件构架,充分利用了异构处理器的多核结构,为并发处理应用进行加速;同时,该构架大大简化了异构多核平台的应用开发编程.该软件构架的有效性在基于Cell处理器平台的面向电信应用的语音会议原型系统中得到了初步试验验证.