基于OpTiMSoC的众核处理器设计与并行评估模型研究

摘要

1996年第一款同构多核处理器Hydra于美国斯坦福大学研制成功，历经20年的发展，多核处理器完美取代了单核处理器，并逐步进入了众核处理器设计阶段，目前已有比较成熟的商用众核处理器出现。可以预见，未来众核处理器必将取代多核处理器，就像多核处理器取代单核处理器一样，而且这一过程将不会太久，但是目前对众核处理器的研究却止步于少数大规模的集成电路设计公司和某些高等的学术、科研机构。开放式平铺结构的众核片上系统（Open Tiled Manycore System-on-Chip，简称OpTiMSoC）平台的出现势必将打破这一格局，它允许构建自己的众核处理器，并对构建的众核处理器进行仿真或者综合到FPGA开发板上运行。此外，众核时代下如何充分利用众核处理器中的计算资源，编写高效的并行程序，对发挥众核处理器的性能至关重要，否则盲目的并行设计不仅浪费了众核核处理器中的计算资源也加深了程序的复杂度。
　　本文以 OpTiMSoC众核构建平台为基础，研究了众核处理器的设计技术，针对构建的众核处理器建立了for循环结构的并行评估模型，并在实际应用中进行了验证，具体内容如下：
　　（1）利用OpTiMSoC平台构建了一款4×4结构的众核处理器，并采用基于蒙特卡洛方法的圆周率算法对众核处理器进行了测试，测试结果表明构建的众核处理器功能正确，与单核处理器相比具有一定的加速效果。
　　（2）提出了一套并行评估模型，在串行程序移植到众核处理器之前，对串行程序中的 for循环结构在众核处理器上的加速效果进行评估，为串行程序的移植提供指导，并结合实际情况对模型做了一定优化，并对模型中的参数进行了测定，定量评估了串行程序中的for循环结构在众核处理器上的加速效果。
　　（3）通过FFT运算中旋转因子计算和倒位序计算两个实际应用对评估模型的使用进行了具体说明，并在众核处理器上对两个算法进行了实际测试，结果表明使用并行评估模型评估的结果与实际运行的结果保持一致，证明了模型的准确性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外相关技术研究现状

1.3 研究的主要内容

1.4 论文的结构安排

2 OpTiMSoC平台介绍

2.1 OpTiMSoC平台的构成

2.2 LISNoC

2.3 OpTiMSoC平台的仿真流程

2.4 本章小结

3 众核处理器的设计与测试

3.1 众核处理器的设计

3.2 众核处理器的测试

3.3 本章小结

4 并行评估模型的建立、优化与参数测定

4.1 并行评估模型的建立与优化

4.2 参数的测定

4.3 本章小结

5 并行评估模型的应用

5.1 旋转因子计算

5.2 倒位序计算

5.3 本章小结

6.1 论文总结

6.2 工作展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献