Антонов Александр Александрович Методы и средства автоматизированного синтеза вычислителей на основе микроархитектурных программируемых генераторов аппаратуры

Краткое описание

Антонов Александр Александрович Методы и средства автоматизированного синтеза вычислителей на основе микроархитектурных программируемых генераторов аппаратуры
ВВЕДЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ (ЧАСТЬ АВТОРЕФЕРАТА)
на тему «Методы и средства автоматизированного синтеза вычислителей на основе микроархитектурных программируемых генераторов аппаратуры»
Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования.

Специализированные вычислительные платформы (специализированные микросхемы: ASIC, ASSP) и вычислители с программируемой структурой (ПЛИС, гибридные системы-на-кристалле) являются неотъемлемой частью современных встраиваемых и киберфизических систем, совмещающих высокие требования к производительности с жесткими ограничениями по габаритам, энергопотреблению и другим параметрам. Вычислители такого рода позволяют эффективнее организовать вычислительный процесс по сравнению с традиционными процессоро-центричными системами для широкого набора приложений: обработка сигналов, промышленные системы управления, высокоскоростные коммуникации, системы с элементами искусственного интеллекта и пр. Применение данной компонентной базы предполагает в качестве неотъемлемой части процесса проектирования создание специализированных аппаратных вычислителей с мелкогранулярным параллелизмом. Эти вычислители воплощаются либо непосредственно в виде микросхем, либо в виде конфигураций для программируемых структур.

Снижение сроков проектирования, обеспечение качественного исследования пространства проектных решений и продуктивного анализа и синтеза специализированных вычислителей является сложной методологической и технологической проблемой [R. Hartenstein]. Данная проблема включает в себя задачи разработки эффективных решений касательно внутренней организации (микроархитектуры) вычислителей, высокоуровневых проектных абстракций для представления высокопараллельных вычислительных процессов в рамках различных вычислительных моделей, а также методов трансляции спецификаций на базе высокоуровневых абстракций в реализации [L. Jozwiak, G. Martin, B. Bailey, И.А. Каляев, В.Г. Немудров]. Поскольку микроархитектура вычислительных и коммуникационных аппаратных блоков микропроцессоров и систем-на-кристалле (СнК) характеризуется сложностью, многообразием и специализацией [T.M. Austin, W. Dally, M.H. Lipasti, А.К. Ким], актуальной является разработка методов и средств специфицирования, комплексирования и реализации пользовательских микроархитектурных решений и встраивания микроархитектурной генерации в стандартные промышленные маршруты проектирования.

Степень разработанности темы.

Новые методы, модели и артефакты проектирования, нацеленные на повышение эффективности проектирования аппаратных вычислителей и программно-аппаратных систем, предлагаются в рамках ряда методологий, таких как: проектирование «на системном уровне» (Electronic System Level, ESL) [G. Martin, B. Bailey], платформно-ориентированное проектирование (Platform-based Design, PBD) [A. Sangiovanni-Vincentelli, R. Passerone], поведенческий (высокоуровневый) синтез (High-Level Synthesis, HLS) [P. Paulin, G.D. Micheli], сопряженное проектирование аппаратного и программного обеспечения (Hardware/software co-design) [J. Teich], методология высокоуровневого проектирования встраиваемых систем (HLD-методология) [А.Е. Платунов], проектирование на базе «микросхемных генераторов» [J. Bachrach, M. Horowitz]. Данные методологии реализуют различные способы повышения