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研究生: 陳善文
Chen, Shan-Wen
論文名稱: 多層級計算架構之分析與研究
Analysis and Research of Multi-level Computing Architecture
指導教授: 周哲民
Jou, Jer-Min
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 48
中文關鍵詞: MLCA控制處理器多核處理器架構
外文關鍵詞: MLCA, control processor, multi-core processor architecture
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  • 本論文主要針對平行多核處理器架構研究,首先分析由SystemVerilog所建立的多層級計算架構(Multi-Level Computing Architecture ,MLCA),深入了解上層任務層級平行的控制處理器(Control Processor,CP)執行行為後,設計下層處理器單元(Processing Unit, PU)與周邊記憶體,實現MLCA平行多核架構; MLCA上層CP負責在執行時分析及記錄任務之間的相依關係,將就緒的任務分配給底層PUs平行執行並將執行結果回傳給CP記錄。
    再來針對此系統做了三種不同的實驗,實驗則以多層級計算架構MLCA多核架構執行不同的任務程式來做測試,其中包含內積、快速傅立葉轉換和八個皇后實驗,我們分析三種任務測試程式的執行行為並驗證MLCA中處理器單元執行結果的正確性。
    最後分別對三個實驗做總結與分析討論,再綜合討論因為這三種實驗對我們MLCA系統所得到的心得。

    This thesis focuses on the research of parallel multi-core processor architecture. Firstly, it analyzes the Multi-Level Computing Architecture (MLCA) which is established by SystemVerilog, and deeply understands the execution behavior of the parallel control processor (CP) of the upper task level. After that, the lower processing unit (PU) and the peripheral memory are designed to implement the MLCA parallel multi-core architecture; the upper layer CP of the MLCA is responsible for analyzing and recording the dependencies between tasks during execution, and assigning the ready tasks to the parallel PUs. Execute and pass the execution result back to the CP record.
    Three different experiments were performed for this system. The experiment was performed with a multi-level computing architecture MLCA multi-core architecture to perform different task programs, including inner product, fast Fourier transform and eight queen experiments. We analyzed three task tests. The execution behavior of the program and verify the correctness of the execution results of the processor unit in the MLCA.
    Finally, summarize and analyze the three experiments separately, and then discuss them comprehensively because of the experience gained by these three experiments on our MLCA system.

    目錄 摘要 I ABSTRACT II INTRODUCTION II RESULTS AND DISCUSSION IV 誌謝 V 目錄 VI 表目錄 IX 圖目錄 X 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 論文架構 3 1.4 背景知識 4 1.4.1 平行化層級介紹 4 1.4.2 指令與執行緒層級平行 4 1.4.3 資料與功能層級平行 8 1.5 相關研究 10 1.5.1 軟硬體程式語言介紹 10 1.5.2 MLCA系統與指令集架構 11 第2章 多層級計算架構分析-循序執行單元 15 2.1 擷取單元 15 2.2 解碼與重命名單元 15 2.3 派送單元 18 2.4 退休單元 19 第3章 多層級計算架構 21 3.1 任務佇列 21 3.2 排程器 23 3.2.1 喚醒單元 23 3.2.2 就緒池與選擇映射單元 25 3.3 執行單元 27 3.3.1 發送單元 27 3.3.2 寫回單元 28 3.4 PU溝通單元 29 3.4.1 PU Output Slave port單元 29 第4章 多層級計算架構 31 4.1 處理器單元(PU) 31 4.2 處理器單元的暫存器設計 31 4.3 處理器單元共用指令/資料記憶體硬體配置設計 32 4.4 中斷服務程式 33 第5章 實驗結果分析與討論 35 5.1 MLCA架構實驗環境 35 5.2 實驗數據與結果分析 36 5.2.1 內積實驗分析 36 5.2.2 快速傅立葉轉換分析 39 5.2.3 八個皇后實驗分析 43 5.2.4 實驗心得 46 第6章 結論與未來展望 47 參考文獻 48

    [1] Capalija, D., & Abdelrahman, T. S. "Microarchitecture of a coarse-grain out-of-order superscalar processor". Parallel and Distributed Systems, IEEE Transactions on, 24(2), 392-405, 2013.
    [2] Chuck Moore, "DATA PROCESSING IN EXASCALE-CLASS COMPUTER SYSTEMS", The Salishan Conference on High Speed Computing, 2011.
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    [4] Karim, F., Mellan, A., Nguyen, A., Aydonat, U., & Abdelrahman, T. "A multilevel computing architecture for embedded multimedia applications". Micro, IEEE, 24(3), 56-66, 2004.
    [5] Stephen A. Edwards "Verilog 1995, 2001, and SystemVerilog 3.1 Languages for Embedded Systems",2004.
    [6] Davor Capalija, " Microarchitecture and FPGA Implementation of the Multi-Level Computing Architecture", 2008.
    [7] Control processor : http://www.eecg.toronto.edu/~davor/MLCA/

    下載圖示 校內:2023-07-13公開
    校外:2023-07-13公開
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