Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NCR/A19841119Elc001.shtml

Новый параллельный К/МОП-процессор

Уэсли Р. Иверсен
Редакция ElectronicsWeek

Фирма NCR разработала систолическую матрицу в виде одной ИС, состоящую из 72 1-разрядных процессоров. Это изделие рассчитано на решение задач обработки изображений.

Концепция параллельной обработки данных с помощью нескольких компьютеров, которые одновременно выполняют одну и ту же задачу, уже многие годы муссируется в университетских и промышленных лабораториях. Привлекательность этой идеи состоит в том, что она позволит устранить узкие места, связанные с традиционными архитектурами фон Неймана, предназначенными для последовательной обработки информации.

В настоящее время фирма NCR Corp., работая совместно с компанией Martin Marietta Aerospace (Орландо, шт.Флорида), создала изделие, в котором реализована указанная концепция. Это изделие, уже подготовленное фирмой NCR к выпуску в продажу, представляет собой кремниевый К/МОП-кристалл, содержащий 72 отдельных 1-разрядных процессора, причем каждому такому процессору выделено 128 бит памяти.

Творческий подход. Новое изделие фирмы NCR Corp., в котором на одном К/МОП-кристалле содержится 12 1-разрядных процессора (каждый из них имеет свое ЗУ
Рис.1. Творческий подход. Новое изделие фирмы NCR Corp., в котором на одном К/МОП-кристалле содержится 12 1-разрядных процессора (каждый из них имеет свое ЗУ емкостью 128 бит), характеризуется внушительным выигрышем в размерах и потребляемой мощности.

Такой компонент, называемый Арифметико-геометрическим параллельным процессором (GAPP)1{Geometric Arithmetic Parallel Processor}, образует структуру, которая получила наименование систолической матрицы. Создание такой структуры знаменует собой полный отход от традиционных методов проектирования процессорных ИС — цель подобных методов состояла в повышении сложности индивидуального процессора для расширения функциональных возможностей и увеличения разрядности обрабатываемых слов.

Для обработки изображений. При работе в высокоскоростных системах обработки изображений (для которых как раз и предназначена новая ИС), в частности в системах машинного «зрения» и средствах автоматизированного визуального контроля, процессор GAPP демонстрирует ряд впечатляющих технических возможностей, И действительно, как утверждает Пол Салливан, руководитель группы, занимающейся изделиями для цифровой обработки сигналов в отделении микроэлектроники (Форт-Коллинс, шт.Колорадо) фирмы NCR, каждая ИС GAPP, функционируя на частоте 10 МГц, способна выполнять 28 млн. 8-разрядных сложений в секунду.

Эта скорость линейно возрастает при каскадном соединении процессоров GAPP. Две такие ИС, работающие одновременно, будут выполнять 56 млн. сложений в секунду и т.д., причем для расширения подобной матрицы можно использовать практически любое число ИС.

Для демонстрационных целей была смонтирована плата с шиной Multibus, содержащая 32 таких процессора. В результате получилась матрица, работающая со скоростью приблизительно 900 млн. операций (8-разрядных сложений) в секунду. «Это примерно в 100 раз превышает быстродействие ближайшей по характеристикам платы с шиной Multibus, которую можно без труда приобрести», — отмечает Уиндем Хэннеуэй, консультант из Боулдера (шт.Колорадо), который участвовал в разработке процессора GAPP по контракту с фирмой NCR.

Радикальные перемены. Арифметико-геометрический параллельный процессор фирмы NCR, построенный на основе так называемой систолической матрицы, демонстр
Рис.2. Радикальные перемены. Арифметико-геометрический параллельный процессор фирмы NCR, построенный на основе так называемой систолической матрицы, демонстрирует радикальный отход от традиционной процессорной архитектуры.

Следует отметить также, что применение новых ИС приводит к весьма внушительному снижению размеров и потребляемой мощности прикладных систем. Лабораторная система на основе процессоров GAPP, разработанная фирмой Martin Marietta, состоит лишь из 15 плат, однако выполняет те же задачи обработки изображений, для которых при использовании традиционных конвейерных процессоров потребовалось бы приблизительно 100 плат. Более того, при необходимости система на основе микросхем GAPP могла бы функционировать примерно в четыре-пять раз быстрее, тогда как установка на основе 100 традиционных плат действует на пределе своих возможностей. Ожидается также, что мощность, потребляемая изделиями на базе процессоров GAPP, будет почти в шесть раз ниже, чем у стандартных систем военного назначения.

Такие технические показатели достигнуты благодаря использованию в новом процессоре архитектуры систолической матрицы, которую в 1978г. впервые описал Х.Т.Кун из Университета Карнеги—Меллона (Питтсбург)1{Электроника, 1982, №21, с.72}. В отличие от традиционных процессоров, где данные в шаговом режиме проходят через один процессорный элемент, в систолической матрице информация «прокачивается» через решетку, составленную из простых обрабатывающих ячеек, расположенных с высокой степенью регулярности (такой процесс во многом сходен с тем, как сердце прогоняет кровь через кровеносную систему) .

Производительность системы значительно возрастает благодаря тому, что каждый обрабатывающий элемент выполняет свои функции, одновременно обмениваясь данными со своей собственной местной памятью. Быстродействие традиционных машин с одним потоком инструкций и одним потоком данных ограничено пропускной способностью канала процессор — память.

В структуре устройства GAPP каждый из 72 1-разрядных процессорных элементов (образующих матрицу форматом 6*12) содержит арифметико-логическое устройство, 128-бит ЗУПВ, ряд регистров временного хранения, а также линии двустороннего обмена данными, подключенные к четырем ближайшим процессорным ячейкам. Команды можно «транслировать» сразу на все процессоры матрицы во время каждого 100-нс цикла через 13 управляющих линий и семь адресных линий памяти.

Новая микросхема может использоваться в чисто систолическом режиме, когда параллельные потоки данных поступают на один «конец» матрицы и перекачиваются через решетку процессорных элементов на выходы, находящиеся, на другом конце. Предусмотрено также вспомогательное функциональное средство, которое специалисты фирмы NCR называют связной (СМ) шиной. Эта шина соединяется с каждым обрабатывающим элементом кристалла, так что данные можно загружать в каждый процессор матрицы или извлекать их из него, не внося никаких изменений в текущие вычисления, выполняемые процессорами, или в межпроцессорный обмен данными.

Компания Martin Marietta разработала архитектурную концепцию GAPP и сохранит исключительное право применять ее в военных изделиях. Корпорация NCR, которая спроектировала структуру кристалла и финансировала работы по проекту (совместно с фирмой Martin Marietta) в течение последних двух лет, получает право поставлять новую ИС изготовителям коммерческих и промышленных систем.

Образцы уже поставляются. По словам Саллинана, первые варианты процессора GAPP, оснащенные полным набором функциональных средств, были отправлены фирме Martin Marietta в июле 1984г., а сейчас фирмы, предполагающие использовать эти ИС в своих невоенных изделиях, могут приобретать их опытными партиями. Компания NCR будет изготавливать микросхему GAPP, которая содержит около 80 000 элементов на кристалле площадью 64,5 мм2, на своем предприятии в Форт-Коллинсе, используя К/МОП-технологию с двухуровневой металлизацией и 3-мкм проектными нормами.

Коммерческий вариант процессора GAPP, микросхема NCR45CG72, выпускается в керамическом корпусе с матрицей из 84 выводов и стоят 545 долл. при поставках партиями от 1 до 24 шт. Модель этой ИС в пластмассовом носителе кристаллов с 84 J-образными выводами стоит 495 долл. в тех же партиях [No.31, pp.17,18].

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.23 (704), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.3

ElectronicsWeek Vol.57 No.31 November 12, 1984 A McGraw-Hill Publication

ElectronicsWeek Vol.57 No.32 November 19, 1984 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Параллельная обработка





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NCR/A19841119Elc001.shtml