一种新型的流体系结构-Read.doc

流体系结构和Imagine本文研究部分受国家973计划（5131202）、863计划（2001AA111050）资助 本文研究部分受国家973计划（5131202）、863计划（2001AA111050）资助 Stream Architecture and Imagine 摘 要 随着芯片上晶体管的数目日益增多，微处理器体系结构设计人员面临新的问题。如：运算单元的芯片占有率低下、带宽成为瓶颈、功耗过高等等。针对这些问题，美国斯坦福大学的W.J.Dally等提出了一种新型的流体系结构，其原型芯片Imagine结构非常简单，但它的性能是令人惊奇的。本文以Imagine为原型介绍流体系结构，剖析流处理过程，并详细分析流体系结构的特点。 Abstract In state-of-the-art IC technology, too billions of transistors can be integrated on a single chip .Thus micro architecture designers have to meet some new problems .For example, only few percent of the die area is devoted to the ALUs and their register files, bandwidth is becoming bottlenecks and power consumption is high etc. William J. Dally’s group in Stanford University raised a new stream architecture trying to solve these problems. They have developed a prototype processor called Imagine, which has simple structure but incredible performance. This paper takes Imagine as an prototype, introducing the stream architecture, explaining its working steps and analyzing the 关键词 流体系结构、流、流寄存器文件、带宽层次、生产者-消费者局域性、运算簇组 key words Stream architecture ,Stream, Stream register file(SRF), Bandwidth hierarchy, Producer -consumer locality， Arithmetic clusters 0 引言 随着计算机应用领域不断增长的需求以及摩尔定律的作用，微处理器体系结构得到不断发展，尤为突出的就是在媒体应用领域。媒体应用有三大特点[[] [] B.khailany，W.J.Dally 等，“Imagine:media processing with streams”,IEEE micro，2001.3/4 到目前为止，媒体处理器的体系结构可分为以下四类[[] [] B.khailany，W.J.Dally 等，“Imagine and related work”,IEEE micro，2001.3/4 1、超长指令字（VLIW）DSP和媒体处理器。VLIW体系结构由于能有效的开发指令级并行，一直普遍应用于可编程媒体处理器，同时由于结构相对简单，使VLIW技术具有低功耗的特点。如TI公司的TMS320C6x系列、Trimedia的TM32等。 2、单指令流多数据流（SIMD）扩展指令系统。经过指令系统扩展使得通用处理器能并行执行大量低精度短字操作，大大加强了媒体处理能力。如intel的MMX和SSE2、SUN的VIS以及AMD的3DNOW!等。 3、向量处理器。由于利用向量处理可以使数据并行处理能力得到巨大增强，非常符合媒体应用的特点，因此许多媒体处理器采用向量体系结构，并优化了存储系统，克服带宽瓶颈，如Berkeley的VIRAM、Sony的emotion。 4、流处理器。所谓流（stream）就如同字面含义，是大量连续的、不中断的数据流。流处理就是把流作为处理对象，将应用描述成以流互连的多个核。例如：硬连线流处理器cheops，可编程流处理器Imagine、Score、Raw Score和Raw并不是专用的媒体处理器，但其应用领域包括密集计算，媒体应用也是其典型应用。Imagine和VIRAM成功地应用于媒体处理，但也并不局限于此。[[] Score和Raw并不是专用