Blog

Cấu trúc mảng MUSRA phiên bản 1 (MUSRA-I)

Bài viết này nằm trong loạt bài giới thiệu về thiết kế cấu trúc phần cứng có thể tái cấu hình cho các ứng dụng đa phương tiện MUSRA phiên bản đầu tiên (MUSRA-I) thuộc án về thiết kế mảng phần cứng có thể cấu hình lõi thô CGRA.

Hình 1. Cấu trúc của mảng MUSRA

     Hình 1 mô tả cấu trúc của MUSRA-I – một mảng phần cứng có thể tái cấu hình lõi thô CGRA (Coarse-grained Reconfigurable architecture) được đề xuất cho các ứng dụng xử lý đa phương tiện và truyền thông. MUSRA-I bao gồm các khối chính như mảng tính toán có thể tái cấu hình RCA (Reconfigurable Computing Array), các bộ đệm FIFO (Input_FIFO/ Output_FIFO) cho việc nhập/xuất dữ liệu, các thanh ghi hằng số (Constant_REG), bộ nhớ dữ liệu và hệ thống lưu trữ dữ liệu (Data memory) và thông tin cấu hình (Context memory), và đơn vị điều khiển (Controller). Thành phần quyết định tới khả năng có thể tái cấu hình của MUSRA là mảng RCA được tổ chức thành một ma trận 8×8 phẩn tử RC (Reconfigurable Cell) và có thể thực hiện cấu hình từng phần ở thời gian chạy để thực hiện một nhiệm vụ tính toán chuyên sâu. Dữ liệu vào/ra của mảng RCA được xếp hàng đợi bởi các bộ đệm FIFO độ sâu 8 hàng với băng thông là 512 bit (có thể tổ chức thành 64 byte hoặc 32 từ 16 bit). Thông qua hệ thống chuyển mạch (crossbar switch) trong RCA, dữ liệu từ INPUT_FIFO có thể quảng bá tới mọi RC, trong khi thông qua OUTPUT_SWITCH dữ liệu đã được xử lý bởi RCA được xuất tới OUTPUT_FIFO hoặc ghi vào Constant_REG.

Kết cấu truyền thông của RCA được thiết kế nhằm khai thác tối đa khả năng tính toán theo phương thức đường ống hóa (pipelining) tính toán của các vòng lặp, cũng như khai thác tối đa dữ liệu giữa các lần lặp qua đó giảm băng thông dữ liệu vào RCA. Các RC trong hai hàng liên tiếp được kết nối với nhau thông qua hệ thống các chuyển mạch crossbar (Crossbar Switch). Thông qua qua hệ thống chuyển mạch này một RC có thể nhận kết quả tính toán từ một RC bất kỳ ở hàng ngay trên nó, đặc biệt RC trong hàng đầu tiên có thể lấy kết quả tính toán từ RC hàng cuối cùng. Bộ điều khiển là một máy trạng thái được tham số hóa cho phép tạo ra các tín hiệu điều khiển hoạt động của RCA một cách chính xác theo các thông tin cấu hình được nạp tới nó.

RC (Hình 2) là đơn vị xử lý cơ bản của mảng RCA. Mỗi RC có thể thực hiện các thao tác trên 2 hoặc 3 toán hạng 8/16 bit chẳng hạn như các phép tính logic và số học, phép nhân, và các phép tính được dùng nhiều trong xử lý đa phương tiện và truyền thông (như dịch barrel, dịch làm tròn, tổng sai số tuyệt đối, v.v). Mỗi RC cũng có một thanh ghi TEMP_REG, dùng cho việc hiệu chỉnh chu kỳ làm việc của đường ống khi ánh xạ vòng lặp lên RCA, hoặc để lưu các hệ số trong suốt thời gian RCA làm việc. Dữ liệu đầu vào của mỗi RC có thể từ INPUT_FIFO, từ RC hàng ngay trên nó hoặc từ thanh ghi hằng Constant_REG.