Аннотация

Аннотация: Настоящая статья открывает цикл исследований, направленных на изучение вариантов конфигурации представлений конвейерного спецвычислителя с использованием аппаратных специализированных блоков. Целью исследования является расширение области применения предложенных ранее системных подходов, разработанных лабораторией специализированных вычислительных систем РТУ МИРЭА, для формирования логического и топологического представлений конвейерных спецвычислителей, использующих специализированные аппаратные блоки в составе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). В работе описывается актуальность разработки специализированных вычислительных устройств для задач, требующих минимального времени отклика и высокой производительности, рассмотрены основные понятия и принципы формирования логического и топологического представлений спецвычислителей, а также вопросы согласования различных вариантов представлений с учётом сохранения закладываемых характеристик. Представлены системные подходы, разработанные лабораторией специализированных вычислительных систем РТУ МИРЭА, для формирования представлений спецвычислителей с конвейерной архитектурой. Рассматривается вопрос применения предложенных подходов при проектировании конвейерных спецвычислителей с задействованием специализированных аппаратных блоков ПЛИС. Рассмотрены аппаратные блоки типа DSP (Digital Signal Processing), широко применяемые для реализации операций умножения с накоплением, алгоритмов цифровой обработки сигналов и нейросетевых вычислений. Проанализированы особенности блоков DSP48E1, а также специфика их размещения на ПЛИС AMD Artix-7, Kintex-7 и Virtex-7. Разработан автоматизированный стенд, обеспечивающий генерацию конфигурации спецвычислителя, формирование топологического представления и получение отчётных характеристик. Результаты экспериментальных исследований демонстрируют влияние глубины конвейеризации на достижимую тактовую частоту спецвычислителя, а также существенного расхождения критической задержки для разных вариантов представлений спецвычислителя. В заключении сделан вывод о проведении дальнейших исследований.