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可重构计算

王朝百科·作者佚名  2009-12-19
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可重构计算(Reconfigurable Computing,RC),FPGA的可重构运算分为动态系统重构和静态系统重构。FPGA(现场可编程门阵列)动态重构技术,是指基于SRAM编程和专门结构的FPGA,在一定条件下,不仅具有在系统重新配置电路功能的特性,同时还具有在系统动态重构电路逻辑的能力。换言之,FPGA动态可重构技术就是对FPGA的全部或者部分逻辑资源实现在系统的动态的功能变换,动态可重构FPGA则是基于动态重构技术的一种可在系统实现动态配置的新型FPGA芯片。相对于静态系统重构,动态部分重构缩短了重构的时间,而且在重构时,非重构部分依然运行,其寄存器中的数据不会丢失,从而减少了重构系统的开销,提高了系统运行的效率。可重构计算的概念早在20世纪60年代就已提出。在通用微处理器上也运用了这一思想,如组件就是利用多路选择器来实现功能的变化,而这些组件一般与计算结构不发生直接联系。目前,可重构计算已有较大发展,主要目标是希望通过硬件可编程,来自适应计算任务的需求,以期达到最佳性能;而且这种硬件结构的变化,能实时地适应计算任务要求的变化。

可重构计算的底层技术是FPGA编程技术,如表1所示。其中主要有两种,一种是反熔丝技术,即我们通常所说的电可擦写技术。这种技术在早期的PAL中广泛使用,但这种技术的可重构实时性太差。另一种是基于静态存储器(SRAM)可编程原理的FPGA编程技术,其基本原理是:FPGA中各部件之间由SRAM相接,通过对SRAM编程便可实现应用的需求。这样,FPGA硬件可编程,就如同一般SRAM的可编程,如图1所示。需要特别指出的是,FPGA的可编程实现运用了静态存储器的基本原理,但实质与通常意义上的可编程是完全不一样的。

采用可重构计算技术构建的可重构系统通常由三个部分组成:主机、RPU (Reconfigurable Processing Unit)和存储系统。主机用来提供用户接口和I/O服务,编译器和其他工具也在主机当中。通常,任何商用PC和工作站都可以看作是主机。影响主机性能的最主要因素是系统的总线带宽,大量的数据将从主机传输到可重构处理器中,因而提高总线带宽是非常必要的。

可重构计算的优点是硬件设计的实现基于软件的灵活性,并且保持了传统的基于硬件方法的执行速度。其体系结构可变的特点,很好地适应了实际应用中的多元化需求。随着深亚微米VLSI技术的不断发展,FPGA各方面的特点也促使着FPGA逐渐地取代了ASIC市场。以FPGA为先导的可重构技术,是半导体科学、材料科学、电子工程和计算机科学的前沿研究领域,现在目前应用最广泛的是XILINX公司和Quartus公司芯片。

 
 
 
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