可重构计算:软件可定义的计算引擎

作     者：魏少军 李兆石 朱建峰 刘雷波 Shaojun WEI;Zhaoshi LI;Jianfeng ZHU;Leibo LIU

作者机构：清华大学微电子学研究所北京100084 

基　　金：国家自然科学基金重点(批准号:61834002) 国家重点研发计划(批准号:2018YFB2202100)资助项目 

出 版 物：《中国科学：信息科学》 (Scientia Sinica(Informationis))

年 卷 期：2020年第50卷第9期

页      码：1407-1426页

摘      要：随着科技快速进步,新兴应用不断涌现.无法响应软件变化的芯片,如专用集成电路(application-specific integrated circuit, ASIC),将因为生命周期过短,面临一次性工程成本(non-recurring engineering,NRE)过高的难题.与此同时,随着摩尔定律(Moore’s law)和迪纳徳定律(Dennard scaling)走向终结,未来集成电路工艺更新带来的能效收益越来越小,通用处理器可实现的计算能力被芯片功耗约束.近几年兴起的领域定制加速器(domain-specific accelerator, DSA)通过针对特定应用领域的计算模式,定制芯片架构,以期兼顾能量效率和特定领域内的灵活性.但目前DSA面向硬件定制软件,这导致软件生态碎片化,程序员学习成本增大.未来芯片设计需要兼顾灵活性、能量效率和可编程性.软件定义芯片(software-defined chip, SDC)在这一需求下成为了研究热点.可重构芯片通过融合处理器的高灵活性、ASIC的高能效,并通过重构提供了在运行时根据软件定制芯片架构的能力,是当前SDC的研究热点.本文首先回顾SDC的研究动机,然后分析可重构芯片如何满足SDC的需求,之后探讨当前可重构芯片面临的挑战,最后阐述为了实现SDC,可重构芯片未来的发展方向.

主 题 词：软件定义芯片 可重构计算 领域定制架构 能量效率 可编程性 

学科分类：080903[080903] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/SSI-2020-0130

馆 藏 号：203978577...