一种基于可重构计算的高性能弹性计算架构及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于可重构计算的高性能弹性计算架构，包括：可重构数据通路，用于数据流的处理。可重构控制器，用于配置管理和任务映射调度。协议控制器，用于对可重构数据通路和可重构控制器发送的数据进行协议转换。桥接模块，用于对系统级的可重构数据通路和RPU内的可重构数据通路之间进行桥接；以及用于对不同RPU子芯片内的RPU内的可重构数据通路之间进行桥接。系统级的可重构控制器根据指令，通过协议控制器和桥接模块将配置信息传输至RPU内的可重构控制器，并进行配置。以及通过协议控制器和桥接模块将可重构数据传输至RPU内的可重构数据通路，并进行计算。实现了在统一软件计算架构和编程接口下系统计算能力的按需弹性部署。

A High Performance Elastic Computing Architecture and Method Based on Reconfigurable Computing

【技术实现步骤摘要】
一种基于可重构计算的高性能弹性计算架构及方法
本专利技术涉及可重构计算领域，尤其是涉及一种基于可重构计算的高性能弹性计算架构及方法。
技术介绍
随着科技的进步，一些嵌入式环境对系统的性能、能耗等需求不断提高，传统的计算模式暴露出了种种弊端。于是可重构计算便越来越受到业界的重视。可重构计算能够实现算法到计算引擎的空间映射(spatialmapping)，并且在被制造成集成电路后还具有定制能力。可重构计算具有以下几个优势：1、在制造成芯片后具有一定的定制能力，即用硅实现硬件设计后区别于传统的专用集成电路，其计算功能依然可以按需改变。2、区别于传统的指令驱动处理器，可重构计算能够实现很大程度的算法到计算引擎的空间映射。可重构计算技术是一种介于通用芯片和专用芯片之间的折中方案，其集中了通用芯片和专用芯片的优势，能够提供高效灵活的计算能力。但现有的一些可重构计算方案当被制造成集成电路之后，其内部的可重构计算单元(reconfigurableprocessingunit，RPU)数量就固定了，无法根据任务对算力的需求增减RPU的数量，无法做到算力弹性部署，硬件部署灵活性差。并且多个可重构计算集成电路之间无法实现RPU阵列的统一部署，软件和算法的部署灵活性差。
技术实现思路
本专利技术主要实现解决现有可重构计算架构技术的硬件弹性部署问题和软件部署灵活性问题。实现在统一软件计算架构和编程接口下的系统计算能力的按需弹性部署。为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种基于可重构计算的高性能弹性计算架构，包括：系统级的可重构数据通路，用于高性能弹性计算(highperformanceelasticcomputing，HEC)主控系统中数据的处理；可重构计算单元RPU内的可重构数据通路，用于RPU子芯片中数据的处理；系统级的可重构控制器，用于对系统级的可重构数据通路进行配置管理和任务映射调度；RPU内的可重构控制器用于对RPU内的可重构数据通路进行配置管理和任务映射调度；RPU之间的可重构数据通路，用于不同RPU子芯片之间数据的处理；协议控制器，用于对可重构数据通路和可重构控制器发送或接收的数据进行协议转换；桥接模块，用于对系统级的可重构数据通路和RPU内的可重构数据通路之间进行桥接；以及用于对不同RPU子芯片内的RPU内的可重构数据通路之间进行桥接；系统级的可重构控制器根据指令，通过协议控制器和桥接模块将配置信息传输至RPU内的可重构控制器，并进行配置；其中，RPU内的可重构控制器用于配置RPU内的可重构数据通路的计算功能；以及通过协议控制器和桥接模块将可重构数据传输至RPU内的可重构数据通路，并进行计算；RPU内的可重构数据通路通过协议控制器和桥接模块将计算结果传输至系统级的可重构数据通路；或通过RPU之间的可重构数据通路传输至其它RPU子芯片内的RPU内的可重构数据通路进行计算。优选地，协议控制器包括第一协议控制器和第二协议控制器；第一协议控制器和桥接模块位于HEC主控系统中，第二协议控制器位于RPU子芯片中。第一协议控制器将系统级的可重构控制器发送的配置信息转换为串行的连接信号，并通过桥接模块发送至第二协议控制器；第二协议控制器将连接信号进行解析，并将解析后的数据发送至RPU内的可重构控制器。优选地，协议控制器包括第一协议控制器和第二协议控制器；第一协议控制器和桥接模块位于HEC主控系统中，第二协议控制器位于RPU子芯片中。第一协议控制器将系统级的可重构数据通路发送的可重构数据转换为串行的连接信号，并通过桥接模块发送至第二协议控制器；第二协议控制器将连接信号进行解析，并将解析后的数据发送至RPU内的可重构数据通路。优选地，协议控制器包括第一协议控制器和第二协议控制器；第一协议控制器和桥接模块位于HEC主控系统中，第二协议控制器位于RPU子芯片中。第二协议控制器将RPU内的可重构数据通路的可重构数据转换为串行的连接信号，并通过桥接模块发送至第一协议控制器；第一协议控制器将连接信号进行解析，并将解析后的数据发送至系统级的可重构数据通路。优选地，协议控制器还包括第三协议控制器；其中，第三协议控制器所在的RPU子芯片与第二协议控制器所在的RPU子芯片不是同一个RPU子芯片。第二协议控制器将RPU内的可重构数据通路的可重构数据转换为串行的连接信号，并通过桥接模块发送至第三协议控制器；第三协议控制器将连接信号进行解析，并将解析后的数据发送至RPU内的可重构数据通路。优选地，RPU内的可重构控制器包括配置信息解析器、配置流程控制器和配置存储器，配置信息解析器、配置流程控制器和配置存储器位于RPU子芯片中。配置信息解析器用于解析系统级的可重构控制器写入的配置信息，并将解析后的至少一个配置子信息写入配置存储器中，以及将解析后的流程控制信息写入配置流程控制器；配置流程控制器根据流程控制信息，按照预先设定的流程从配置存储器中读出配置子信息，并对RPU内的可重构数据通路进行配置。优选地，当RPU内的可重构数据通路完成计算后，配置流程控制器接收RPU内的可重构数据通路发送的反馈信号，并从配置存储器中读出下一次配置的配置子信息，并对RPU内的可重构数据通路进行配置。优选地，RPU内的可重构数据通路包括：运算单元(processingelement，PE)阵列、输入数据存储器、输出数据存储器、中间数据存储器和RPU内直接存储器访问(directmemoryaccess，DMA)控制器，PE阵列、输入数据存储器、输出数据存储器、中间数据存储器和RPU内DMA控制器位于RPU子芯片中。根据RPU内的可重构控制器的配置，RPU内DMA控制器对PE阵列配置计算功能；以及RPU内DMA控制器控制从系统级的可重构数据通路中读取原始数据，并写入输入数据存储器中；PE阵列读取输入数据存储器中的原始数据并进行计算，将计算结果存储在输出数据存储器；其中，将计算过程中的中间运算结果存储在中间数据存储器。RPU内DMA控制器从输出数据存储器中读出计算结果，并传输给系统级的可重构数据通路。优选地，系统级的可重构数据通路包括主控系统直接存储器访问DMA控制器、片上存储器、片外存储控制器和片外存储器，主控系统DMA控制器、片上存储器、片外存储控制器和片外存储器位于HEC主控系统中。主控系统DMA控制器、片上存储器、片外存储控制器通过多层系统总线相互连接；片外存储控制器和片外存储器相连接；主控系统DMA控制器被系统级的可重构控制器配置后，控制片外存储控制器将片外存储器的数据读出并写入片上存储器；或主控系统DMA控制器被系统级的可重构控制器配置后，控制片外存储控制器将片上存储器的数据读出并写入片外存储器。优选地，系统级的可重构控制器包括主控制器和配置总线，主控制器和配置总线位于HEC主控系统中。其中，主控制器通过多层系统总线对系统级的可重构数据通路进行系统级控制；其中，外设控制器位于HEC主控系统中；以及主控制器通过配置总线向RPU内的可重构控制器写入配置信息，并控制RPU内的可重构数据通路进行计算。本专利技术另一方面提供了一种基于可重构计算的高性能弹性计算方法，包括：根据指令，高性能弹性计算HEC主控系统对子芯片阵列中的至少一个RPU子芯片进行配置，并将数据传输给至少一个RPU子芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可重构计算的高性能弹性计算架构，其特征在于，包括：系统级的可重构数据通路，用于高性能弹性计算HEC主控系统中数据的处理；可重构计算单元RPU内的可重构数据通路，用于RPU子芯片中数据的处理；系统级的可重构控制器，用于对所述系统级的可重构数据通路进行配置管理和任务映射调度；RPU内的可重构控制器，用于对所述RPU内的可重构数据通路进行配置管理和任务映射调度；RPU之间的可重构数据通路，用于不同RPU子芯片之间数据的处理；协议控制器，用于对所述可重构数据通路和所述可重构控制器发送或接收的数据进行协议转换；桥接模块，用于对所述系统级的可重构数据通路和所述RPU内的可重构数据通路之间进行桥接；以及用于对不同RPU子芯片内的RPU内的可重构数据通路之间进行桥接；所述系统级的可重构控制器根据指令，通过所述协议控制器和所述桥接模块将配置信息传输至所述RPU内的可重构控制器，并进行配置；其中，所述RPU内的可重构控制器用于配置所述RPU内的可重构数据通路的计算功能；以及通过所述协议控制器和所述桥接模块将可重构数据传输至所述RPU内的可重构数据通路，并进行计算；所述RPU内的可重构数据通路通过所述协议控制器和所述桥接模块将计算结果传输至所述系统级的可重构数据通路；或通过所述RPU之间的可重构数据通路传输至其它RPU子芯片内的RPU内的可重构数据通路进行计算。...

【技术特征摘要】
1.一种基于可重构计算的高性能弹性计算架构，其特征在于，包括：系统级的可重构数据通路，用于高性能弹性计算HEC主控系统中数据的处理；可重构计算单元RPU内的可重构数据通路，用于RPU子芯片中数据的处理；系统级的可重构控制器，用于对所述系统级的可重构数据通路进行配置管理和任务映射调度；RPU内的可重构控制器，用于对所述RPU内的可重构数据通路进行配置管理和任务映射调度；RPU之间的可重构数据通路，用于不同RPU子芯片之间数据的处理；协议控制器，用于对所述可重构数据通路和所述可重构控制器发送或接收的数据进行协议转换；桥接模块，用于对所述系统级的可重构数据通路和所述RPU内的可重构数据通路之间进行桥接；以及用于对不同RPU子芯片内的RPU内的可重构数据通路之间进行桥接；所述系统级的可重构控制器根据指令，通过所述协议控制器和所述桥接模块将配置信息传输至所述RPU内的可重构控制器，并进行配置；其中，所述RPU内的可重构控制器用于配置所述RPU内的可重构数据通路的计算功能；以及通过所述协议控制器和所述桥接模块将可重构数据传输至所述RPU内的可重构数据通路，并进行计算；所述RPU内的可重构数据通路通过所述协议控制器和所述桥接模块将计算结果传输至所述系统级的可重构数据通路；或通过所述RPU之间的可重构数据通路传输至其它RPU子芯片内的RPU内的可重构数据通路进行计算。2.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述协议控制器包括第一协议控制器和第二协议控制器；所述第一协议控制器和所述桥接模块位于HEC主控系统中，所述第二协议控制器位于RPU子芯片中；所述第一协议控制器将所述系统级的可重构控制器发送的配置信息转换为串行的连接信号，并通过所述桥接模块发送至所述第二协议控制器；所述第二协议控制器将所述连接信号进行解析，并将解析后的数据发送至所述RPU内的可重构控制器。3.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述协议控制器包括第一协议控制器和第二协议控制器；所述第一协议控制器和所述桥接模块位于HEC主控系统中，所述第二协议控制器位于RPU子芯片中；所述第一协议控制器将所述系统级的可重构数据通路发送的可重构数据转换为串行的连接信号，并通过所述桥接模块发送至所述第二协议控制器；所述第二协议控制器将所述连接信号进行解析，并将解析后的数据发送至所述RPU内的可重构数据通路。4.根据权利要求1所述的架构，其特征在于，所述协议控制器包括第一协议控制器和第二协议控制器；所述第一协议控制器和所述桥接模块位于HEC主控系统中，所述第二协议控制器位于RPU子芯片中；所述第二协议控制器将所述RPU内的可重构数据通路的可重构数据转换为串行的连接信号，并通过所述桥接模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴君安，杨延辉，向志宏，
申请(专利权)人：北京超维度计算科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11