Масштабируемый мультипроцессор для цифровой обработки сигналов

1. Масштабируемый мультипроцессордля цифровой обработки сигналов Н. В. Данильченко, С. Н. МакеевФГУП «НИИЭТ» г. Воронеж

2. Критерии эффективности Универсальным критерием эффективности мультипроцессорной системы является время выполнения совокупности работ, распределенных между процессорами. Поскольку ускорение вычислений Spна мультипроцессоре зависит от доли последовательной составляющей αпараллельного вычислительного процесса Sp=1/(α + (1- α)/p) (Известная формула Амдала), то эффективность мультипроцессорной системы тем выше, чем меньше последовательная составляющая α.

3. Выбор архитектуры мультипроцессорной системы • Поскольку последовательная составляющая содержит • обмен данными и синхронизацию параллельного вычисли- • тельного процесса, то одним из основных требований к • архитектуре проектируемого мультипроцессора было • обеспечение: • Высокой эффективности синхронизации вычислительного процесса и обмена данными. • Масштабируемости. • Контролируемости времени синхронизации и обмена данными. • Мы остановили свой выбор на архитектуре ОВС, которая, • на наш взгляд в наибольшей степени отвечает выше • названным требованиям.

4. Архитектура Однородных Вычислительных Систем (ОВС) • Архитектура ОВС была предложена в 1966 г. Евреиновым Э.В. и Косыревым Ю.Г. • ОВС – это вычислительная система регулярно соединенных Элементарных Машин (ЭМ). • ЭМ содержит Процессор (Пр) и программируемый Коммутатор (К). • На ОВС выполняется Системная Программа. • Системная программа – последовательность, не обязательно линейная, Системных Команд.

5. Системные команды

6. Некоторые особенности реализации архитектуры ОВС • Системные Команды выполняется во всех ЭМ синхронно (по крайней мере в рамках одной подсистемы). • 2. Выполнение Системных Команд в ЭМ начинается одновременно. В связи с этим существует понятие Системного Такта. • 3. Структура системы связи регулярная. • 4. Коммутатор программируется из прооцессора ЭМ. • 5. Синхронизация выполнения Системных Команд осуществляется на аппаратном уровне. • 6. Большинство Системных Команд выполняются за два процессорных такта ЭМ.

7. Структура Элементарной Машины

8. Структура СБИС мультипроцессора

9. Характеристики СБИС мультипроцессора

10. Системные инструкции

11. Системные инструкции (продолжение)

12. Масштабируемость СБИС

13. Характеристики мультипроцессора из 4-х СБИС

14. Сравнение характеристик СБИС мультипроцессора и TMS320C6414 * - характеристики СБИС МР25 аппроксимированы для технологических норм 0,13 мкм.

15. Программирование мультипроцессора В тексте доклада приведен фрагмент программы КИХ фильтра Системные Команды написаны в виде Макросов на языке Ассемблер. Из текста программы видно, что собственно обмен данными и синхронизация составляют меньшую часть программы // Передача N коэффициентов h(n) ЭМ00 всем ЭМ STEX EM00, src1, dst1, N, AR , dma // Передача (N - 1) первых отсчетов x(n) ЭМ00 // всем ЭМ с помощью трансляционного обмена STEX EM00, src2, dst2, N - 1, AR, dma // Передача очередного отсчета x(i) ЭМ00 всем ЭМ CONV: STEX EM00, src3, dst3, 1, AR, dma

16. Программирование мультипроцессора (продолжение) // Вычисление промежуточных значений // y(i) = ∑ h(i) × x(n - i), i = 0, 1, ..8 F1: SEXE PC, AR, dma CNDP cndp, AR, dma CBR dma, T1, F1 // Передача промежуточых значений y(i) в ЭМ00 T1: SCEX EM00, dst4, EM01, src01, .. , EM22, src22, 8 // Вычисление выходного значения // Y(n) = ∑ y(i), i = 0, 1, ..8 SEXE PC, AR, dma CNDP cndp, AR, dma CBR dma, END, CONV END:

17. Заключение Оценка производительности мультипроцессорной СБИС МР25 с архитектурой ОВС на задачах умножения матрицы на вектор и решения задачи КИХ фильтрации показывает, что архитектура ОВС перспективна для решения задач цифровой обработки сигналов. Хорошая масштабируемость архитектуры ОВС дает возможность создавать СБИС на различных технологических нормах без изменения ее архитектуры, получая, при этом рост производительности. Реализация Системных Команд в ЭМ на аппаратном уровне, а также конвейеризация выполнения Системных Команд позволят повысить эффективность мультипроцессора с архитектурой ОВС.