GPU存储管理模块的实现与验证

摘要

随着计算机技术的发展，图形处理器(Graphic Processing Unit，GPU)从图形图像处理专业芯片转化为通用计算领域的专业芯片。对于大规模以及超大规模的通用计算，GPU拥有比CPU更高的处理速度，主要得益于其拥有大量计算单元与高速缓存的存储带宽，而GPU存储管理模块设计是提高存储带宽的有效途径。因此对于GPU体系结构以及存储结构的研究和设计将有效的改善GPU的计算效率和提高GPU的存储带宽。
　　本文首先对GPU的发展历程进行描述，对现代主流的GPU的体系结构进行详细的研究和分析，主要包括NVIDIA公司和AMD公司主流的GPU产品体系架构。对于GPU存储管理模块在GPU作为图形处理和通用计算中的重要性和传统GPU结构以及存储管理系统结构的研究。在本设计中采用层次化的数据流控制策略，对GPU存储管理模块中的CMD控制器、DMA控制器、PLS控制器、VLS控制器单元以及cache的功能分析，并利用Verilog HDL硬件描述语言对GPU存储管理模块中的主要模块进行设计。并在Windows7系统下利用Verilog HDL硬件描述语言搭建模块级的仿真平台以及在Lnuix系统下利用Verilog HDL硬件描述语言和System Verilog验证语言搭建系统级的仿真平台，对设计出的GPU存储管理模块进行模块级仿真验证以及系统级仿真验证，并对仿真结果进行有效的分析。
　　仿真结果表明，利用Verilog HDL硬件描语言所设计的GPU存储管理模块能够有效的完成各种图形图像数据的存取。

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1 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 GPU的国内外研究现状

1.3 主要工作及论文结构

1.4 本章小结

2 现代GPU体系结构

2.1 AMD的R700体系结构

2.2 AMD的APU体系结构

2.3 NVIDIA的GT200体系结构

2.4 本章小结

3 GPU存储管理模块设计

3.1 GPU存储管理模块结构

3.2 GPU存储管理模块设计

3.3 本章小结

4 GPU存储管理模块模块级验证

4.1 验证方法学

4.2 验证环境和验证平台的搭建

4.3 模块级验证项策划及分析

4.4 本章小结

5 GPU存储管理模块系统级验证

5.1 验证环境及工具

5.2 验证平台搭建

5.3 系统级验证项策划

5.4本章小结

6 总结和展望

6.1 论文工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献