Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор
Проанализирован широкий круг вопросов, связанных с перспективным классом высокопроизводительных цифровых устройств — реконфигурируемыми вычислителями на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Проведен сравнительный анализ с другими классами присоединенных вычислителей, предназна...
Saved in:
| Published in: | Электронное моделирование |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100855 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор / С.Я. Гильгурт // Электронное моделирование. — 2013. — Т. 35, № 4. — С. 49-72. — Бібліогр.: 59 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100855 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гильгурт, С.Я. 2016-05-27T17:43:06Z 2016-05-27T17:43:06Z 2013 Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор / С.Я. Гильгурт // Электронное моделирование. — 2013. — Т. 35, № 4. — С. 49-72. — Бібліогр.: 59 назв. — рос. 0204-3572 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100855 004.272.23:004.274 Проанализирован широкий круг вопросов, связанных с перспективным классом высокопроизводительных цифровых устройств — реконфигурируемыми вычислителями на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Проведен сравнительный анализ с другими классами присоединенных вычислителей, предназначенных для ускорения решения ресурсоемких задач на персональных компьютерах и в составе кластерных систем. Исследованы сложности, препятствующие распространению реконфигурируемых вычислителей, проанализированы пути их преодоления. Проаналізовано широке коло питань, пов’язаних із перспективним класом високопродуктивних цифрових пристроїв — реконфігуровними обчислювачами на базі програмованих логічних інтегральних схем. Проведено порівняльний аналіз з іншими класами приєднаних обчислювачів, призначених для прискорення розв’язування ресурсомістких задач на персональних комп’ютерах і в складі кластерних систем. Досліджено складності, що перешкоджають розповсюдженню реконфігуровних обчислювачів, проаналізовано шляхи їх вирішення. A wide range of problems about a promising class of high performance digital devices—reconfigurable coprocessors based on FPGAs has been analyzed. A comparison with computation-intensive accelerators of another type was fulfilled. The obstacles that impede the propagation of reconfigurable coprocessors are investigated; the ways of their overcoming have been analyzed. ru Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України Электронное моделирование Информационные технологии Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор |
| spellingShingle |
Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор Гильгурт, С.Я. Информационные технологии |
| title_short |
Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор |
| title_full |
Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор |
| title_fullStr |
Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор |
| title_full_unstemmed |
Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор |
| title_sort |
реконфигурируемые вычислители. аналитический обзор |
| author |
Гильгурт, С.Я. |
| author_facet |
Гильгурт, С.Я. |
| topic |
Информационные технологии |
| topic_facet |
Информационные технологии |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Электронное моделирование |
| publisher |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| format |
Article |
| description |
Проанализирован широкий круг вопросов, связанных с перспективным классом высокопроизводительных цифровых устройств — реконфигурируемыми вычислителями на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Проведен сравнительный анализ с другими классами присоединенных вычислителей, предназначенных для ускорения решения ресурсоемких задач на персональных компьютерах и в составе кластерных систем. Исследованы сложности, препятствующие распространению реконфигурируемых вычислителей, проанализированы пути их преодоления.
Проаналізовано широке коло питань, пов’язаних із перспективним класом високопродуктивних цифрових пристроїв — реконфігуровними обчислювачами на базі програмованих логічних інтегральних схем. Проведено порівняльний аналіз з іншими класами приєднаних обчислювачів, призначених для прискорення розв’язування ресурсомістких задач на персональних комп’ютерах і в складі кластерних систем. Досліджено складності, що перешкоджають розповсюдженню реконфігуровних обчислювачів, проаналізовано шляхи їх вирішення.
A wide range of problems about a promising class of high performance digital devices—reconfigurable coprocessors based on FPGAs has been analyzed. A comparison with computation-intensive accelerators of another type was fulfilled. The obstacles that impede the propagation of reconfigurable coprocessors are investigated; the ways of their overcoming have been analyzed.
|
| issn |
0204-3572 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100855 |
| citation_txt |
Реконфигурируемые вычислители. Аналитический обзор / С.Я. Гильгурт // Электронное моделирование. — 2013. — Т. 35, № 4. — С. 49-72. — Бібліогр.: 59 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT gilʹgurtsâ rekonfiguriruemyevyčislitelianalitičeskiiobzor |
| first_indexed |
2025-11-25T06:20:04Z |
| last_indexed |
2025-11-25T06:20:04Z |
| _version_ |
1850506004827996160 |
| fulltext |
ÓÄÊ 004.272.23:004.274
Ñ.ß. Ãèëüãóðò, êàíä. òåõí. íàóê
Èí-ò ïðîáëåì ìîäåëèðîâàíèÿ â ýíåðãåòèêå èì. Ã.Å. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðàèíû
(Óêðàèíà, 03164 Êèåâ, óë. Ãåíåðàëà Íàóìîâà, 15,
òåë.(044) 4249163, å-mail: hilgurt@ukr.net)
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè.
Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
Ïðîàíàëèçèðîâàí øèðîêèé êðóã âîïðîñîâ, ñâÿçàííûõ ñ ïåðñïåêòèâíûì êëàññîì âûñîêî-
ïðîèçâîäèòåëüíûõ öèôðîâûõ óñòðîéñòâ — ðåêîíôèãóðèðóåìûìè âû÷èñëèòåëÿìè íà îñíîâå
ïðîãðàììèðóåìûõ ëîãè÷åñêèõ èíòåãðàëüíûõ ñõåì (ÏËÈÑ). Ïðîâåäåí ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç
ñ äðóãèìè êëàññàìè ïðèñîåäèíåííûõ âû÷èñëèòåëåé, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ óñêîðåíèÿ ðåøå-
íèÿ ðåñóðñîåìêèõ çàäà÷ íà ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðàõ è â ñîñòàâå êëàñòåðíûõ ñèñòåì.
Èññëåäîâàíû ñëîæíîñòè, ïðåïÿòñòâóþùèå ðàñïðîñòðàíåíèþ ðåêîíôèãóðèðóåìûõ âû÷èñ-
ëèòåëåé, ïðîàíàëèçèðîâàíû ïóòè èõ ïðåîäîëåíèÿ.
Ïðîàíàë³çîâàíî øèðîêå êîëî ïèòàíü, ïîâ’ÿçàíèõ ³ç ïåðñïåêòèâíèì êëàñîì âèñîêîïðî-
äóêòèâíèõ öèôðîâèõ ïðèñòðî¿â — ðåêîíô³ãóðîâíèìè îá÷èñëþâà÷àìè íà áàç³ ïðîãðà-
ìîâàíèõ ëîã³÷íèõ ³íòåãðàëüíèõ ñõåì. Ïðîâåäåíî ïîð³âíÿëüíèé àíàë³ç ç ³íøèìè êëàñàìè
ïðèºäíàíèõ îá÷èñëþâà÷³â, ïðèçíà÷åíèõ äëÿ ïðèñêîðåííÿ ðîçâ’ÿçóâàííÿ ðåñóðñîì³ñòêèõ
çàäà÷ íà ïåðñîíàëüíèõ êîìï’þòåðàõ ³ â ñêëàä³ êëàñòåðíèõ ñèñòåì. Äîñë³äæåíî ñêëàäíîñò³,
ùî ïåðåøêîäæàþòü ðîçïîâñþäæåííþ ðåêîíô³ãóðîâíèõ îá÷èñëþâà÷³â, ïðîàíàë³çîâàíî
øëÿõè ¿õ âèð³øåííÿ.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ÏËÈÑ, ðåêîíôèãóðèðóåìûé óíèôèöèðîâàííûé âû÷èñëèòåëü,
ñîïðîöåññîð, óñêîðèòåëü.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðè ïðîâåäåíèè èíæåíåðíûõ è íàó÷íûõ ðàñ÷åòîâ â
ðàçëè÷íûõ îòðàñëÿõ íàðîäíîãî õîçÿéñòâà, â òîì ÷èñëå, â ýíåðãåòèêå, ïðîá-
ëåìà ïîâûøåíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñòàíîâèòñÿ âñå áîëåå àêòóàëüíîé.
Âûñîêàÿ ñòîèìîñòü è îãðàíè÷åííûå âîçìîæíîñòè ìàñøòàáèðîâàíèÿ òðà-
äèöèîííûõ ñóïåðêîìïüþòåðîâ ïðèâåëè ê øèðîêîìó ðàñïðîñòðàíåíèþ
êëàñòåðíûõ ðåøåíèé, ïîçâîëÿþùèõ â ðåçóëüòàòå ïðèìåíåíèÿ ñòàíäàðòè-
çèðîâàííûõ êîìïîíåíòîâ è òåõíîëîãèé ñóùåñòâåííî ñíèçèòü ñòîèìîñòü
âëàäåíèÿ âû÷èñëèòåëüíûì îáîðóäîâàíèåì.
Îäíàêî, â ñèëó àðõèòåêòóðíûõ îñîáåííîñòåé, äàííîå íàïðàâëåíèå íå
ïîêðûâàåò âåñü ñïåêòð âû÷èñëèòåëüíûõ çàäà÷, ñ êîòîðûìè ñòàëêèâàþòñÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 49
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
� Ñ.ß. Ãèëüãóðò, 2013
èññëåäîâàòåëè è ïðîèçâîäñòâåííèêè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå âîçíèêëî è àêòèâíî
ðàçâèâàåòñÿ íàïðàâëåíèå, ñïîñîáíîå äîïîëíèòü è ðàñøèðèòü âîçìîæíîñòè
êëàñòåðîâ. Ýòî íàïðàâëåíèå ñâÿçàíî ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðèñîåäèíåííûõ
âû÷èñëèòåëåé (ñîïðîöåññîðîâ), êîòîðûìè îñíàùàþòñÿ óçëû âûñîêîïðîèçâî-
äèòåëüíûõ ÝÂÌ, à òàêæå ñèñòåìíûå áëîêè ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ.
Ïðèíöèïû ïîñòðîåíèÿ òàêèõ óñòðîéñòâ è èõ âîçìîæíîñòè ðàçëè÷íû. Ïðî-
àíàëèçèðóåì íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûé êëàññ ïîäîáíûõ óñêîðèòåëåé —
âû÷èñëèòåëè íà îñíîâå ïðîãðàììèðóåìîé ëîãèêè.
Ñóùåñòâóåò áîëüøîå ÷èñëî ïóáëèêàöèé íà ýòó òåìó [1—32], îäíàêî â
íèõ ðàññìîòðåíû ïðåèìóùåñòâåííî êîíêðåòíûå ðàçðàáîòêè èëè èõ ïðèìå-
íåíèå. Îòñóòñòâóþò àíàëèòè÷åñêèå îáçîðû, îòëè÷àþùèåñÿ ñèñòåìíîñòüþ
è ïîëíîòîé èññëåäóåìûõ âîïðîñîâ. Êðîìå òîãî, ðåêîíôèãóðèðóåìûå ñî-
ïðîöåññîðû èíòåíñèâíî ðàçâèâàþòñÿ, ïîýòîìó îïóáëèêîâàííûå ñâåäåíèÿ
áûñòðî òåðÿþò àêòóàëüíîñòü.
Ïðåäëàãàåòñÿ àíàëèòè÷åñêèé îáçîð ñîâðåìåííîãî ñîñòîÿíèÿ èññëåäóå-
ìîãî íàïðàâëåíèÿ, à òàêæå àíàëèç ýêîíîìè÷åñêèõ ïðåäïîñûëîê è ðåòðî-
ñïåêòèâû äëÿ âûÿâëåíèÿ çàêîíîìåðíîñòåé, ñèñòåìàòèçàöèè íàêîïëåííûõ
ñâåäåíèé, áîëåå ãëóáîêîãî ïîíèìàíèÿ ïðîáëåìû è ôîðìèðîâàíèÿ ïðåä-
ïîëîæåíèé î äàëüíåéøåì ðàçâèòèè.
Ýêîíîìè÷åñêèå ôàêòîðû âñåãäà îêàçûâàëè ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå
íà ïðîöåññû ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè. Ñëîæíîñòü êîìïüþòåð-
íîãî îáîðóäîâàíèÿ ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè ïðè îöåíêå ýôôåêòèâíîñòè
ôèíàíñîâûõ âëîæåíèé ó÷èòûâàòü ïîëíóþ ñòîèìîñòü âëàäåíèÿ, ò.å. çàòðà-
òû íà ðàçðàáîòêó è èçãîòîâëåíèå àïïàðàòóðû, à òàêæå íà îáñëóæèâàíèå,
ñîçäàíèå è èñïîëüçîâàíèå ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ âñåõ óðîâíåé. Áûñò-
ðîå èçìåíåíèå öåí íà êîìïüþòåðíûå êîìïëåêòóþùèå òðåáóåò ó÷èòûâàòü è
ôàêòîð ìîðàëüíîãî ñòàðåíèÿ.
Èíòåðåñ ê ïðèñîåäèíåííûì âû÷èñëèòåëÿì òàêæå â çíà÷èòåëüíîé ñòå-
ïåíè îáóñëîâëåí ýêîíîìè÷åñêèìè ïðè÷èíàìè. Ðàññìîòðèì îñíîâíûå ñïî-
ñîáû ñíèæåíèÿ ñòîèìîñòè âëàäåíèÿ ïðèìåíèòåëüíî ê ñîïðîöåññîðàì.
Ôàêòîðû ñíèæåíèÿ ñòîèìîñòè. Ñòàíäàðòèçàöèÿ è óíèôèêàöèÿ.
Îäíèì èç îñíîâíûõ ôàêòîðîâ, ïîçâîëÿþùèõ ñíèçèòü ñòîèìîñòü âëàäåíèÿ
âû÷èñëèòåëüíûìè ñðåäñòâàìè, ÿâëÿåòñÿ ñòàíäàðòèçàöèÿ è óíèôèêàöèÿ íà
âñåõ óðîâíÿõ (àïïàðàòíîì, ñèñòåìíîì, ïðîãðàììíîì) è, êàê ñëåäñòâèå,
ïåðåõîä ê ìàññîâîìó èçãîòîâëåíèþ îäíîòèïíûõ èçäåëèé.
Ïðèìåðîì òîãî, êàê îòêðûòîñòü, óíèôèêàöèÿ è ñîâìåñòèìîñòü ìîãóò
ñïîñîáñòâîâàòü øèðîêîìó ðàñïðîñòðàíåíèþ è ïðîíèêíîâåíèþ âû÷èñëè-
òåëüíûõ ñðåäñòâ âî ìíîãèå ñôåðû äåÿòåëüíîñòè ÷åëîâåêà, ìîæåò ñëóæèòü
èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ. Èõ ìàññîâîå ïðîèçâîäñòâî
íà÷àëîñü â êîíöå 70-õ ãîäîâ ïðîøëîãî âåêà ïîñëå áåñïðåöåäåíòíîãî øàãà
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
50 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
êîìïàíèè IBM, îïóáëèêîâàâøåé òåõíè÷åñêèå ñïåöèôèêàöèè ñâîèõ èçäå-
ëèé. Äàííîå ðåøåíèå ïîçâîëèëî ìíîãî÷èñëåííûì ñòîðîííèì ðàçðàáîò-
÷èêàì íà÷àòü âûïóñê òàê íàçûâàåìûõ IBM-ñîâìåñòèìûõ ïåðñîíàëüíûõ
ÝÂÌ (ÏÝÂÌ) è â ñæàòûå ñðîêè ñôîðìèðîâàòü ðûíîê íîâîãî êëàññà âû-
÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè. Óâåëè÷åíèå îáúåìîâ ïðîèçâîäñòâà ïðèâåëî ê ñíè-
æåíèþ ñòîèìîñòè è ïîâûøåíèþ ñïðîñà, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, ëàâèíîîáðàç-
íî ïîâûñèëî ñïðîñ è ïîçâîëèëî åùå áîëüøå ñíèçèòü öåíû. Â ðåçóëüòàòå è
ñòîðîííèå ðàçðàáîò÷èêè, è ôèðìà — ñîçäàòåëü ñòàíäàðòà äå-ôàêòî ïîëó-
÷èëè áîëüøóþ ýêîíîìè÷åñêóþ âûãîäó. Ðûíîê ÏÝÂÌ äî ñèõ ïîð çíà÷è-
òåëåí è â 2013 ã. ñîñòàâèë ïðèáëèçèòåëüíî 200 ìëðä. äîëëàðîâ, íåñìîòðÿ
íà øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïåðåíîñíûõ è ìîáèëüíûõ
êîìïüþòåðîâ [33].
Ðàçðàáîòêà óíèôèöèðîâàííûõ èçäåëèé è ñòàíäàðòîâ â îáëàñòè ïðè-
ñîåäèíåííûõ âû÷èñëèòåëåé, â ÷àñòíîñòè ðåêîíôèãóðèðóåìûõ, òàêæå ñïî-
ñîáíî ïðèâåñòè ê ñóùåñòâåííîìó ñíèæåíèþ ñòîèìîñòè è ñïðîâîöèðîâàòü
èõ ìàññîâîå ðàñïðîñòðàíåíèå, êàê ýòî ïðîèçîøëî ñ ÏÝÂÌ [27—30].
Èñïîëüçîâàíèå èìåþùèõñÿ íàðàáîòîê è òåõíîëîãèé. Åñëè ïðè ðàçðà-
áîòêå íåêîòîðîé ïðîáëåìû èìååòñÿ âîçìîæíîñòü ïðèìåíèòü óæå ñóùåñò-
âóþùåå òåõíè÷åñêîå ðåøåíèå, òàêîé ïîäõîä îêàçûâàåòñÿ áîëåå ïðåäïî÷òè-
òåëüíûì ïî ñðàâíåíèþ ñ íîâîé ðàçðàáîòêîé. Èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ ñîïðîöåñ-
ñîðîâ ïîäòâåðæäàåò äàííûé òåçèñ.
Çà âðåìÿ ñóùåñòâîâàíèÿ óíèâåðñàëüíûõ êîìïüþòåðíûõ ñèñòåì íà áàçå
ìèêðîïðîöåññîðîâ íàêîïëåí êîëîññàëüíûé îáúåì ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷å-
íèÿ (ÏÎ) îò ïðèêëàäíîãî óðîâíÿ äî îïåðàöèîííûõ ñèñòåì, ñîçäàíî è îòðàáî-
òàíî ìíîæåñòâî òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé, ñòàíäàðòîâ è ïðîòîêîëîâ. Èìåííî ïî
ýòîé ïðè÷èíå áîëüøèíñòâî íîâûõ âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûõ êîìïüþòåðíûõ
òåõíîëîãèé ðåàëèçóåòñÿ â ïîñëåäíåå âðåìÿ â âèäå âñåâîçìîæíûõ óñêîðè-
òåëåé, àêñåëåðàòîðîâ, ñîïðîöåññîðîâ, ò.å. óñòðîéñòâ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ
òðàäèöèîííûìè ìèêðîïðîöåññîðíûìè ñèñòåìàìè.
Íå ÿâëÿåòñÿ èñêëþ÷åíèåì è òàêîå ïåðñïåêòèâíîå íàïðàâëåíèå â ñó-
ïåðêîìïüþòèíãå, êàê ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëåíèÿ íà áàçå ÏËÈÑ (Re-
configurable Computing). Àíàëèç ïóáëèêàöèé çà ïîñëåäíèå 8—10 ëåò ñâè-
äåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî â äåÿòåëüíîñòè âåäóùèõ ðàçðàáîò÷èêîâ, à òàêæå
íàó÷íûõ øêîë êàê â Óêðàèíå, òàê è â ìèðå â öåëîì, íàáëþäàåòñÿ ñìå-
ùåíèå èíòåðåñà îò àâòîíîìíûõ, ïîëíîñòüþ ðåêîíôèãóðèðóåìûõ ñèñòåì,
ïîäîáíûõ, íàïðèìåð, òàê íàçûâàåìûì ãèïåðêîìïüþòåðàì (Hypercompu-
ters) ôèðìû Star Bridge Systems (ÑØÀ) [34], â ñòîðîíó ïðèñîåäèíåííûõ
ðåøåíèé, â êîòîðûõ ðåêîíôèãóðèðóåìîå îáîðóäîâàíèå ôóíêöèîíèðóåò â
òåñíîì âçàèìîäåéñòâèè ñ ìèêðîïðîöåññîðíîé òåõíèêîé [13, 15]. Ïîêàçà-
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 51
òåëüíûì â ýòîì ïëàíå ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïîÿâëåíèå óñêîðèòåëåé äëÿ ÏÝÂÌ
ÐÓÏÊ-25 è ÐÓÏÊ-50 â ÷èñëå ðàçðàáîòîê ÍÈÈ ìíîãîïðîöåññîðíûõ âû÷èñ-
ëèòåëüíûõ ñèñòåì Þæíîãî ôåäåðàëüíîãî óíèâåðñèòåòà (Ðîññèÿ) — îðãà-
íèçàöèè, îðèåíòèðîâàííîé íà ñîçäàíèå òåñíî ñâÿçàííûõ ñòðóêòóð èç áîëü-
øîãî ÷èñëà ÏËÈÑ [8, 7].
Ðàçäåëåíèå òðóäà ðàçðàáîò÷èêîâ è ïðîèçâîäèòåëåé àïïàðàòóðû è ÏÎ.
Èçâåñòíî, ÷òî ñïåöèàëèçàöèÿ â óçêîé îáëàñòè äàåò âîçìîæíîñòü ïîâûñèòü
ïðîôåññèîíàëèçì è êà÷åñòâî òðóäà.  îáëàñòè ïðîèçâîäñòâà ÏÝÂÌ, à
òàêæå ñîïóòñòâóþùèõ èì òîâàðîâ è óñëóã ìîæíî íàáëþäàòü óáåäèòåëü-
íûå ïðèìåðû ïðåèìóùåñòâ òàêîãî ïîäõîäà. Ñóùåñòâóþò, íàïðèìåð, êðóï-
íûå êîðïîðàöèè ìèðîâîãî óðîâíÿ, ñïåöèàëèçèðóþùèåñÿ òîëüêî íà ñèñòå-
ìàõ îõëàæäåíèÿ äëÿ êîìïîíåíòîâ ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ. Íà ðûíêå
ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ðàçäåëåíèå òðóäà âûðàæåíî åùå áîëåå ÿâíî.
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ðàññìîòðåííûé âûøå ôàêòîð ñòàíäàðòèçàöèè è
óíèôèêàöèè ÿâëÿåòñÿ êëþ÷åâûì äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïîëîæèòåëüíîãî ýôôåê-
òà îò ðàçäåëåíèÿ òðóäà.
Êëàñòåðû. Ïåðå÷èñëåííûå ñïîñîáû ñíèæåíèÿ çàòðàò íà ðàçðàáîòêó è
ýêñïëóàòàöèþ â ïîëíîé ìåðå ðåàëèçóþòñÿ ïðè êëàñòåðíîì ïîäõîäå. Â
ñîîòâåòñòâèè ñ îïðåäåëåíèåì êîìïàíèè DEC êëàñòåð — ýòî ãðóïïà âû-
÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, êîòîðûå ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé è ôóíêöèîíèðóþò
êàê îäèí óçåë îáðàáîòêè èíôîðìàöèè [35]. Ïðè ïåðåõîäå îò òðàäèöèîííûõ
ñóïåðÝÂÌ ê êëàñòåðíûì âû÷èñëåíèÿì ñóùåñòâåííî óäåøåâëÿþòñÿ ïðî-
öåññû ïðîåêòèðîâàíèÿ è ðàçðàáîòêè óçëîâ è áëîêîâ, ñðåäñòâ îáìåíà äàí-
íûìè, ñîçäàíèå ñèñòåìíîãî ÏÎ. Ñòàíäàðòèçàöèÿ íà ìíîãèõ óðîâíÿõ, âïëîòü
äî ïðèêëàäíîãî ÏÎ, äåëàåò âîçìîæíûì ðàçäåëåíèå òðóäà ïðîãðàììèñòîâ,
ðåøàþùèõ âîïðîñû ìåæïðîöåññîðíîãî îáìåíà, ðàçðàáàòûâàþùèõ èíñò-
ðóìåíòàëüíûå ñðåäñòâà, óíèâåðñàëüíûå è ñïåöèàëèçèðîâàííûå ïàêåòû
ïðîãðàìì.
Ìîæíî âûäåëèòü ðÿä çàäà÷, ïðè ðåøåíèè êîòîðûõ ïðèìåíåíèå êëàñ-
òåðíûõ òåõíîëîãèé äàåò âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü ðåçóëüòàò íà ïîðÿäîê
áûñòðåå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè ðàáî÷èõ ñòàíöèé. Ê íèì îòíîñÿòñÿ, íà-
ïðèìåð, èññëåäîâàíèå ãåíîìà ÷åëîâåêà, áèîèíôîðìàòèêà, áèîõèìèÿ, áèî-
ôèçèêà, ìîäåëèðîâàíèå ïîãîäû, àíàëèç ôîíäîâîãî ðûíêà, à òàêæå èññëå-
äîâàíèå ïðî÷íîñòè, òåïëîôèçèêà, äèíàìèêà æèäêîñòåé è ãàçîâ, ýëåêòðî-
ìàãíåòèçì è äð. Òåì íå ìåíåå, ýôôåêòèâíîñòü âû÷èñëèòåëüíîãî êëàñòåðà
êàê ëþáîé æåñòêîé àðõèòåêòóðû ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò ïðèðîäû ðå-
øàåìîé çàäà÷è. Íî äëÿ òàêèõ çàäà÷ õàðàêòåðíà ñëàáàÿ ñâÿçíîñòü âû÷èñëè-
òåëüíûõ àëãîðèòìîâ, âñëåäñòâèå ÷åãî îòíîñèòåëüíî ìåäëåííûé îáìåí
äàííûìè ìåæäó óçëàìè, îáðàáàòûâàþùèìè èíôîðìàöèþ, íå ïðèâîäèò ê
çíà÷èòåëüíîìó çàìåäëåíèþ âû÷èñëåíèé.
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
52 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
Ïðè ïîïûòêå ðåøàòü íà êëàñòåðå çàäà÷è, áîëåå òåñíî ñâÿçàííûå ïî
ñâîåé ïðèðîäå, çíà÷èòåëüíî âîçðàñòàåò íàãðóçêà íà èíòåðêîííåêò.  ðå-
çóëüòàòå ýôôåêòèâíîñòü ðàñ÷åòîâ ðåçêî ñíèæàåòñÿ — ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà
çàäåéñòâîâàííûõ óçëîâ óìåíüøàåòñÿ íå òîëüêî óäåëüíàÿ çàãðóçêà ïðîöåññîð-
íûõ ìîäóëåé, íî è çàìåäëÿåòñÿ ðåøåíèå çàäà÷è â öåëîì [9]. Ñëåäîâàòåëüíî,
äëÿ çàäà÷ ñ òàêèìè ñâîéñòâàìè, èñïîëüçóÿ êëàñòåðíóþ àðõèòåêòóðó, â ïðèí-
öèïå íåâîçìîæíî äîñòèãíóòü ñóùåñòâåííîãî óñêîðåíèÿ ðàñ÷åòîâ.
Èìåííî ïî ýòîé ïðè÷èíå àêòóàëüíûì ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ïðèñîå-
äèíåííûõ âû÷èñëèòåëåé, îñíîâàííûõ íà èííîâàöèîííûõ êîìïüþòåðíûõ òåõ-
íîëîãèÿõ è îáëàäàþùèõ ñèëüíîé ñâÿçíîñòüþ âíóòðåííåé ñòðóêòóðû.
Ñîïðîöåññîðû.  òå÷åíèå äëèòåëüíîãî âðåìåíè åäèíñòâåííîé âîçìîæ-
íîñòüþ áûñòðî ðåøàòü òåñíî ñâÿçàííûå ðåñóðñîåìêèå çàäà÷è áåç ïðèìåíåíèÿ
êëàññè÷åñêèõ ñóïåðêîìïüþòåðîâ áûëî ïðèìåíåíèå ñïåöèàëèçèðîâàííûõ âû-
÷èñëèòåëåé èëè ñïåöïðîöåññîðîâ. Ñïåöèàëèçèðîâàííîå óñòðîéñòâî ïîçâî-
ëÿåò ìàêñèìàëüíî ó÷èòûâàòü îñîáåííîñòü âûïîëíÿåìîãî àëãîðèòìà, îáåñïå-
÷èâàÿ òðåáóåìîå áûñòðîäåéñòâèå äëÿ çàäàííîé çàäà÷è èëè óçêîãî êëàññà
çàäà÷, îäíàêî îáëàñòü åãî ïðèìåíåíèÿ, êàê ïðàâèëî, ýòèì êëàññîì çàäà÷
îãðàíè÷èâàåòñÿ. Íåîáõîäèìîñòü äëÿ êàæäîé âíîâü âîçíèêàþùåé çàäà÷è ðàç-
ðàáàòûâàòü, îòëàæèâàòü è çàïóñêàòü â ïðîèçâîäñòâî òàêîå óñòðîéñòâî, à òàêæå
ñîçäàâàòü äëÿ íåãî ñïåöèàëüíîå ÏÎ äåëàåò äàííûé ïîäõîä íåöåëåñîîá-
ðàçíûì â ñîâðåìåííûõ óñëîâèÿõ. Óíèêàëüíîñòü ñïåöèàëèçèðîâàííûõ âû-
÷èñëèòåëåé çàòðóäíÿåò èõ ìàññîâîå ïðèìåíåíèå.
Ïî ýòîé ïðè÷èíå âîçíèêëî è àêòèâíî ðàçâèâàåòñÿ íàïðàâëåíèå, ñâÿçàí-
íîå ñ ïðèìåíåíèåì ðàçëè÷íîãî ðîäà ïðèñîåäèíåííûõ âû÷èñëèòåëåé è
óñêîðèòåëåé, îáëàäàþùèõ áîëåå âûñîêîé ãèáêîñòüþ è óíèâåðñàëüíîñòüþ ïî
ñðàâíåíèþ ñî ñïåöïðîöåññîðàìè. Ôàêòè÷åñêè ïîÿâèëñÿ íîâûé êëàññ âû÷èñ-
ëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ, ðàññ÷èòàííûõ íà ðåøåíèå îòíîñèòåëüíî øèðîêîãî
êðóãà çàäà÷, â êîòîðûõ ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè ðåøàåòñÿ ïðîáëåìà óçêîé
ñïåöèàëèçàöèè. Â ñâÿçè ñ àêòóàëüíîñòüþ âîïðîñîâ ñòàíäàðòèçàöèè ïîäîáíûå
óñòðîéñòâà íàçâàíû óíèôèöèðîâàííûìè âû÷èñëèòåëÿìè (ÓÂ) [26].
Óíèôèöèðîâàííûå âû÷èñëèòåëè. Ïðîàíàëèçèðóåì ãëàâíîå êîíöåï-
òóàëüíîå ïðîòèâîðå÷èå, êîòîðîå äîëæíû ðàçðåøèòü ÓÂ.
Òðîéíîå ïðîòèâîðå÷èå. Ñòðîãî ãîâîðÿ, ïðîòèâîðå÷èå ìåæäó âûñîêîé
ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ è óíèâåðñàëüíîñòüþ âû÷èñëåíèé íå ÿâëÿåòñÿ ïðèí-
öèïèàëüíûì è íîñèò ïðåèìóùåñòâåííî ýêîíîìè÷åñêèé õàðàêòåð. Ìåòîäî-
ëîãè÷åñêè âîçìîæíî äëÿ ðåøåíèÿ êàæäîé âíîâü âîçíèêàþùåé âû÷èñëè-
òåëüíîé çàäà÷è ñîçäàâàòü íîâîå êîìïüþòåðíîå ñðåäñòâî, ó÷èòûâàþùåå åå
âíóòðåííþþ ïðèðîäó è îáåñïå÷èâàþùåå ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå áûñòðî-
äåéñòâèå, â ïðèíöèïå äîñòèæèìîå ïðè èñïîëüçîâàíèè èìåþùèõñÿ òåõ-
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 53
íîëîãèé. Îäíàêî ñòîèìîñòü òàêîãî ïîäõîäà äåëàåò åãî íåïðèìåíèìûì íà
ïðàêòèêå. Ïîýòîìó áîëåå ïðàâèëüíî ãîâîðèòü î òðîéíîì ïðîòèâîðå÷èè:
ïðîèçâîäèòåëüíîñòü—óíèâåðñàëüíîñòü—çàòðàòû.
Ñóòü ýòîãî ïðîòèâîðå÷èÿ çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Ñ îäíîé ñòîðîíû,
êàæäîé èç èìåþùèõñÿ çàäà÷, â ñèëó èõ ðàçëè÷íîé ïðèðîäû, ñîîòâåòñòâóåò
ñîáñòâåííàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ àðõèòåêòóðà, ñ ïîìîùüþ êîòîðîé äàííàÿ
çàäà÷à ðåøàåòñÿ íàèáîëåå ýôôåêòèâíî. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ñîçäàíèå ãèá-
êîãî è óíèâåðñàëüíîãî âû÷èñëèòåëüíîãî ñðåäñòâà, ñïîñîáíîãî èäåàëüíî
ïîäñòðàèâàòü ñâîþ âíóòðåííþþ ñòðóêòóðó ïîä ðåøàåìóþ çàäà÷ó, ïðèâî-
äèò ê ñóùåñòâåííûì ìàòåðèàëüíûì çàòðàòàì, ïîñêîëüêó êîíôëèêòóåò ñ
óïîìÿíóòûìè ôàêòîðàìè ñíèæåíèÿ ñòîèìîñòè âëàäåíèÿ, òàêèìè êàê óíè-
ôèêàöèÿ, ñîâìåñòèìîñòü è èñïîëüçîâàíèå èìåþùèõñÿ íàðàáîòîê.
Ðàññìîòðèì, êàêèì îáðàçîì äàííîå ïðîòèâîðå÷èå ïðåîäîëåâàåòñÿ â
èçâåñòíûõ ðåøåíèÿõ (íåçàâèñèìî îò èõ ïîïóëÿðíîñòè â íàñòîÿùåå âðåìÿ).
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíû ãðóïïû èçâåñòíûõ ðàçðàáîòîê, êîòîðûå â òîé èëè
èíîé ñòåïåíè ìîæíî îòíåñòè ê êëàññó ÓÂ, óïîðÿäî÷åííûå ïî ñòåïåíè
ðàçðåøåíèÿ ñôîðìóëèðîâàííîãî òðîéíîãî ïðîòèâîðå÷èÿ. Ñïåöèàëèçèðî-
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
54 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
ÓÂ
1 Ñïåöèàëèçèðîâàííûå ñîïðîöåññîðû ïîä êîíêðåòíûå çàäà÷è
2 Ìíîãîÿäåðíûå ñîïðîöåññîðû ( íà áàçå )ClearSpeed, Cell, ...
3 Óñêîðèòåëè íàó÷íûõ ðàñ÷åòîâ ( )GRAPE, ...
4 Àïïàðàòíûå íåéðîñåòåâûå óñêîðèòåëè
5 áëîêè óñêîðåííûõ âû÷èñëåíèéA U -P
6 ãðàôè÷åñêèå ïðîöåññîðû (èçäåëèÿ )GPGPU nVidia, ATI/AMD, ...-
7 Ìíîãîÿäåðíûå ÓÂ ( îò )Xeon Phi Intel
8 Ðåêîíôèãóðèðóåìûå ÓÂ ÐÓÂ ( )Nallatech, Alpha Data, Celoxica, ...-
Ðèñ. 1. Âèäû ÓÂ
âàííûå ñîïðîöåññîðû 1 îáëàäàþò ìàëîé óíèâåðñàëüíîñòüþ. Ñòðîãî ãîâî-
ðÿ, îíè íå ÿâëÿþòñÿ ÓÂ è ïðèâåäåíû íà ðèñ. 1 â öåëÿõ îáîáùåíèÿ.
Âû÷èñëèòåëè, âõîäÿùèå â ãðóïïó 2, ïîäðîáíî èññëåäîâàíû â ëèòåðà-
òóðå [3, 13]. Îíè óíèâåðñàëüíû, íî ïî ñòðóêòóðå àíàëîãè÷íû òðàäèöèîí-
íûì ìíîãîïðîöåññîðíûì ñóïåðêîìïüþòåðàì, íàñëåäóÿ èõ íåäîñòàòêè è
ïðîòèâîðå÷èÿ. Îòëè÷èå çàêëþ÷àåòñÿ ëèøü â ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è îðãà-
íèçàöèè âû÷èñëèòåëüíîãî ïðîöåññà.
Ãðóïïà ðàçðàáîòîê 3 ïîçâîëÿåò íåñêîëüêî ðàñøèðèòü ôóíêöèîíàëü-
íîñòü ñïåöïðîöåññîðîâ, îðèåíòèðóÿ èõ íà àëãîðèòìû, èñïîëüçóåìûå â
íåñêîëüêèõ ñìåæíûõ îáëàñòÿõ. Íàïðèìåð â ßïîíèè ðàçðàáîòàíî ñåìåéñò-
âî ñîïðîöåññîðîâ GRAPE (GRAvity PipE), ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ óñêîðåí-
íîãî ðåøåíèÿ ãðàâèòàöèîííîé çàäà÷è N òåë [36].
Êðóã ïðîáëåì, ýôôåêòèâíî ðåøàåìûõ íà íåéðîñåòåâûõ óñêîðèòåëÿõ 4,
åùå øèðå, íî è îí íåäîñòàòî÷íî øèðîê, ÷òîáû íàçâàòü äàííûå óñòðîéñòâà
óíèâåðñàëüíûìè [37].
Ïðè ïîñòðîåíèè ñëåäóþùèõ ãðóïï ÓÂ èñïîëüçîâàíû îïðåäåëåííûå
èäåè è òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ, íàïðàâëåííûå íà ïðåîäîëåíèå ñôîðìóëèðî-
âàííîãî òðîéíîãî ïðîòèâîðå÷èÿ.
Àíàëèçèðóÿ èìåþùèåñÿ ñâåäåíèÿ, ìîæíî âûäåëèòü ÷åòûðå ïîäõîäà ê
ïîñòðîåíèþ Ó è îïðåäåëèòü ÷åòûðå ñïîñîáà óñòðàíåíèÿ óêàçàííîãî ïðî-
òèâîðå÷èÿ.
Ñ ï î ñ î á 1 îñíîâàí íà ïðèìåíåíèè åäèíîãî èçäåëèÿ, íàïðèìåð â âèäå
ñâåðõáîëüøîé èíòåãðàëüíîé ñõåìû (ÑÁÈÑ), êîòîðîå ñîäåðæèò â ñåáå íå-
ñêîëüêî ðàçëè÷íûõ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñòðóêòóð, îïòè-
ìèçèðîâàííûõ ïîä íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûå çàäà÷è. Ïðåäïîëàãàåòñÿ,
÷òî òàêîé íàáîð áóäåò ýôôåêòèâåí äëÿ áîëüøîãî ÷èñëà âû÷èñëèòåëüíûõ
àëãîðèòìîâ. Èçáûòî÷íîñòü è ïðîñòîè íåçàäåéñòâîâàííûõ ðåñóðñîâ êîì-
ïåíñèðóþòñÿ íèçêîé ñòîèìîñòüþ òàêèõ èçäåëèé, èõ øèðîêîé ðàñïðîñò-
ðàíåííîñòüþ è ñòàíäàðòèçàöèåé ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ. Ñþäà ìîæíî
îòíåñòè òàê íàçûâàåìûå áëîêè óñêîðåííûõ âû÷èñëåíèé APU (Accelerated
Processing Units), ïðåäëîæåííûå ôèðìîé AMD [38]. Ê ñîæàëåíèþ, èäåÿ íå
íàøëà ïðàêòè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ. Òåðìèí APU ïðèîáðåë èíîé ñìûñë è
îçíà÷àåò òåïåðü ñîâìåùåíèå íà îäíîì êðèñòàëëå òðàäèöèîííûõ ìèêðî-
ïðîöåññîðíûõ è ãðàôè÷åñêèõ ÿäåð [39]. Äàííûé ñïîñîá ðàññìîòðåí äëÿ
ïîëó÷åíèÿ áîëåå ïîëíîé êàðòèíû.
Ñ ï î ñ î á 2 îðèåíòèðîâàí íà íåñòàíäàðòíîå èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå
ìàòåìàòè÷åñêîãî óñêîðèòåëÿ êàêîãî-ëèáî èç óæå ñóùåñòâóþùèõ êîìïî-
íåíòîâ âû÷èñëèòåëüíîé ñèñòåìû.  ýòîì ñëó÷àå ãëàâíîå — íèçêàÿ öåíà è
ðàñïðîñòðàíåííîñòü çàäåéñòâîâàííîãî êîìïîíåíòà, ÷òî ñóùåñòâåííî ñíè-
æàåò ñòîèìîñòü âëàäåíèÿ òåõíè÷åñêèì ðåøåíèåì â öåëîì.
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 55
Ïðèìåðîì ðåàëèçàöèè äàííîãî ñïîñîáà ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå âè-
äåîàäàïòåðîâ ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ äëÿ ðåøåíèÿ ðåñóðñîåìêèõ
çàäà÷. Òåõíîëîãèÿ íàçûâàåòñÿ GPGPU (General-Purpose Computation on
Graphics Processing Units) èëè âû÷èñëåíèÿ íà ãðàôè÷åñêèõ ïðîöåññîðíûõ
óñòðîéñòâàõ (ÃÏÓ). Âûñîêàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ñëîæíîñòü çàäà÷ îáðàáîòêè
âèäåîèíôîðìàöèè, ñ îäíîé ñòîðîíû, è îñòðàÿ êîíêóðåíöèÿ ïðîèçâîäè-
òåëåé âèäåîàäàïòåðîâ — ñ äðóãîé, ïðèâåëè ê òîìó, ÷òî ñîâðåìåííîå ÃÏÓ
ïðè îòíîñèòåëüíî íåâûñîêîé ñòîèìîñòè ñîäåðæèò áîëüøîå ÷èñëî àðèôìå-
òè÷åñêèõ áëîêîâ óïðîùåííîé àðõèòåêòóðû, ÿâëÿÿñü ïðè ýòîì ñòàíäàðò-
íûì êîìïîíåíòîì óíèâåðñàëüíîãî êîìïüþòåðà. Áîëåå ïîäðîáíî òåõíîëî-
ãèÿ GPGPU ðàññìîòðåíà, íàïðèìåð, â [40].
Ñ ï î ñ î á 3 îñíîâàí íà èäåå, àíàëîãè÷íîé GPGPU, íî ãëàâíàÿ ÑÁÈÑ
ñîïðîöåññîðà èçíà÷àëüíî ðàçðàáàòûâàåòñÿ êàê îñíîâà äëÿ ðåñóðñîåìêèõ
ðàñ÷åòîâ, ñîõðÿíÿÿ âîçìîæíîñòü îáðàáîòêè ãðàôè÷åñêèõ äàííûõ. Ãëàâíîå
åãî îòëè÷èå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî âû÷èñëèòåëüíûå ýëåìåíòû èìåþò
àðõèòåêòóðó, ñîâìåñòèìóþ ñ ðàñïðîñòðàíåííûìè ïðîöåññîðàìè îáùåãî
íàçíà÷åíèÿ (òàê íàçûâàåìûìè x86-ñîâìåñòèìûìè ïðîöåññîðàìè), äëÿ êî-
òîðûõ ñîçäàíî è îñâîåíî áîëüøîå ÷èñëî ïðîãðàììíûõ ðàçðàáîòîê.
Ïðåèìóùåñòâîì äàííîãî ïîäõîäà ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå óíèôèöè-
ðîâàííîãî ÏÎ. Ïðè ýòîì îñíîâíàÿ çàäà÷à äëÿ ìíîãîÿäåðíûõ Ó ñîñòîèò â
òîì, ÷òîáû, ñ îäíîé ñòîðîíû, íå îêàçàòüñÿ â ïðîèãðûøå ïî ñòîèìîñòè
ñîïðîöåññîðîâ, à ñ äðóãîé — îñòàâàòüñÿ íå ìåíåå ñòàíäàðòíûìè êîìïüþ-
òåðíûìè êîìïîíåíòàìè, ÷åì ãðàôè÷åñêèå àäàïòåðû. Ôèðìà Intel, ÿâëÿþ-
ùàÿñÿ àïîëîãåòîì äàííîãî íàïðàâëåíèÿ, ïîñòîÿííî ñîâåðøåíñòâóåò ñâîè
èçäåëèÿ. Ïîñëåäíÿÿ åå ðàçðàáîòêà äàííîãî êëàññà ïðîäâèãàåòñÿ íà ðûíîê
ïîä íàçâàíèåì Xeon Phi Coprocessor [41].
Ñ ï î ñ î á 4 ïîäðàçóìåâàåò èñïîëüçîâàíèå ðåêîíôèãóðèðóåìûõ ÓÂ
(ÐÓÂ), ïîñòðîåííûõ íà áàçå ÏËÈÑ òèïà FPGA, èçâåñòíûõ òàêæå êàê Re-
configurable Coprocessors. Ïðè ðàçðàáîòêå è ñîïðîâîæäåíèè ÐÓÂ ïðåäïî-
ëàãàåòñÿ ìàêñèìàëüíîå èñïîëüçîâàíèå ñòàíäàðòèçèðîâàííûõ òåõíè÷åñêèõ
ðåøåíèé è ïðîãðàììíûõ íàðàáîòîê [27— 30].
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè ïîçâîëÿþò çàäåéñòâîâàòü ìîùíûé
ïîòåíöèàë ïðîãðàììèðóåìîé ëîãèêè. Ñîâðåìåííûå ÏËÈÑ ñîäåðæàò ìèë-
ëèîíû ýêâèâàëåíòíûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ è ïîçâîëÿþò ñèíòåçèðîâàòü â
ñåáå ïðîèçâîëüíóþ öèôðîâóþ âû÷èñëèòåëüíóþ ñòðóêòóðó âûñîêîé ñëîæ-
íîñòè, ñïîñîáíóþ ôóíêöèîíèðîâàòü íà ÷àñòîòàõ â ñîòíè è òûñÿ÷è ìåãà-
ãåðö, êîòîðàÿ òåîðåòè÷åñêè ìîæåò áûòü îïòèìèçèðîâàíà äëÿ ðåøåíèÿ
ïðîèçâîëüíîé âû÷èñëèòåëüíîé çàäà÷è [15]. Ïåðâîå ìåñòî â ñïèñêå ñàìûõ
ïðîèçâîäèòåëüíûõ ÝÂÌ ìèðà TOP500 â íîÿáðå 2009 ã. è èþíå 2010 ã.
çàíÿë ñóïåðêîìïüþòåð Jaguar — Cray XT5-HE (ïèêîâàÿ ïðîèçâîäèòåëü-
íîñòü 2331 Òåðàôëîï) ïðîèçâîäñòâà ôèðìû Cray Inc., â êîòîðîì ïðèìå-
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
56 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 57
Í
î
ì
åð
ï
ï
.
Ó
Â
Ò
åõ
í
è
÷
åñ
ê
î
å
ð
åø
åí
è
å
Ã
è
á
ê
î
ñò
ü
Ñ
òî
è
ì
î
ñò
ü
Ð
àç
ð
àá
î
òê
à
ê
î
í
ô
è
ãó
-
ð
àö
è
é
Í
àë
è
÷
è
å
ñò
àí
ä
àð
òî
â
Í
àë
è
÷
è
å
ñè
ñò
åì
-
í
î
ãî
Ï
Î
Ñ
ë
î
æ
í
î
ñò
ü
àä
àï
òà
ö
è
è
ï
ð
è
ê
ë
àä
-
í
î
ãî
Ï
Î
Ä
î
ñò
ó
ï
-
í
î
ñò
ü
ä
ë
ÿ
ì
àñ
ñî
â
î
ãî
ï
î
ë
ü
çî
-
â
àò
åë
ÿ
Ý
í
åð
ãî
-
ï
î
òð
åá
-
ë
åí
è
å
ê
î
ì
ï
î
í
åí
òî
â
â
û
÷
è
ñë
è
òå
ë
ÿ
ð
àç
ð
àá
î
òê
è
â
û
÷
è
ñë
è
òå
ë
ÿ
1
.
A
P
U
Ê
î
ì
á
è
í
àö
è
ÿ
í
åñ
ê
î
ë
ü
ê
è
õ
â
û
÷
è
ñë
è
òå
ë
ü
-
í
û
õ
ñò
ð
ó
ê
òó
ð
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Â
û
ñî
ê
àÿ
Â
û
ñî
ê
àÿ
Í
å
òð
åá
ó
åò
ñÿ
Î
òñ
ó
òñ
ò-
â
ó
þ
ò
Î
òñ
ó
òñ
ò-
â
ó
åò
Â
û
ñî
ê
àÿ
Í
è
çê
àÿ
Ñ
ð
åä
í
åå
2
.
Ã
Ï
Ó
/
G
P
G
P
U
Í
åñ
òà
í
ä
àð
òí
î
å
è
ñï
î
ë
üç
î
âà
í
è
å
è
ì
åþ
ù
è
õ
ñÿ
ê
î
ì
ï
î
í
åí
òî
â
Í
åâ
û
ñî
ê
àÿ
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Í
è
çê
àÿ
Í
å
òð
åá
ó
åò
ñÿ
×
àñ
òè
÷
í
î
è
ì
åþ
òñ
ÿ
×
àñ
òè
÷
í
î
è
ì
åå
òñ
ÿ
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Â
û
ñî
ê
àÿ
Î
÷
åí
ü
â
û
ñî
ê
î
å
3
.
Ì
í
î
ãî
-
ÿ
ä
åð
í
û
å
x8
6
-ñ
î
â
-
ì
åñ
òè
ì
û
å
È
ñï
î
ë
ü
çî
â
à-
í
è
å
ñò
àí
ä
àð
ò-
í
û
õ
ýë
åì
åí
-
òà
ð
í
û
õ
ï
ð
î
-
ö
åñ
ñî
ð
í
û
õ
ýë
åì
åí
òî
â
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Â
û
ñî
ê
àÿ
Í
è
çê
àÿ
Í
å
òð
åá
ó
åò
ñÿ
×
àñ
òè
÷
í
î
è
ì
åþ
òñ
ÿ
×
àñ
òè
÷
í
î
è
ì
åå
òñ
ÿ
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Î
÷
åí
ü
â
û
ñî
ê
î
å
4
.
Ð
Ó
Â
Ï
ð
è
ì
åí
åí
è
å
Ï
Ë
È
Ñ
â
ñî
ñ-
òà
âå
òè
ï
î
â
î
ãî
è
çä
åë
è
ÿ
Â
û
ñî
ê
àÿ
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Í
è
çê
àÿ
Ò
ð
åá
ó
åò
ñÿ
Î
òñ
ó
òñ
ò-
â
ó
þ
ò
×
àñ
òè
÷
í
î
è
ì
åå
òñ
ÿ
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Ñ
ð
åä
í
ÿ
ÿ
Í
è
çê
î
å
íåíû ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè íà áàçå ÏËÈÑ âûñîêîé ñòåïåíè
èíòåãðàöèè [42, 9].  íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçëè÷íûìè ôèðìàìè ïðîèçâî-
äèòñÿ áîëüøîå ÷èñëî èçäåëèé, êîòîðûå ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â êà-
÷åñòâå ÐÓ [43].
Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç. Ðàññìîòðèì, êàêèå ïðåèìóùåñòâà è íåäî-
ñòàòêè èìåþò îïèñàííûå ñïîñîáû ñîçäàíèÿ ÓÂ. Â òàáëèöå ïðèâåäåíû
íåêîòîðûå êà÷åñòâåííûå îöåíêè êàæäîãî èç ðàññìîòðåííûõ ñïîñîáîâ.
Ãëàâíûìè íåäîñòàòêàìè ÓÂ ïåðâîãî òèïà ÿâëÿþòñÿ îòíîñèòåëüíî íå-
âûñîêàÿ ãèáêîñòü è âûñîêàÿ ñòîèìîñòü. Ýòîò ïîäõîä, ê ñîæàëåíèþ, íå
óñòðàíÿåò ïðîòèâîðå÷èÿ ìåæäó âûñîêèì áûñòðîäåéñòâèåì, óíèâåðñàëü-
íîñòüþ è ñòîèìîñòüþ.
Âòîðîìó òèïó Ó ñâîéñòâåííû íåäîñòàòêè, ïðèñóùèå âñåì âû÷èñëè-
òåëüíûì óñòðîéñòâàì ñ æåñòêîé àðõèòåêòóðîé. Ôèêñèðîâàííûé íàáîð èíñò-
ðóêöèé, îäíîçíà÷íî çàäàííàÿ ñâÿçü ìåæäó ïðîöåññîðíûìè ýëåìåíòàìè, à
òàêæå âûñîêîå ýíåðãîïîòðåáëåíèå è òåïëîâûäåëåíèå îãðàíè÷èâàþò îáëàñòü
âîçìîæíîãî ïðèìåíåíèÿ, çàòðóäíÿÿ èõ èíòåãðàöèþ â ñèñòåìíûé áëîê óíè-
âåðñàëüíîãî êîìïüþòåðà ëèáî â âû÷èñëèòåëüíûé óçåë êëàñòåðà.
Ê íåäîñòàòêàì äàííîãî ñïîñîáà ñëåäóåò òàêæå îòíåñòè íåîáõîäèìîñòü
ïîíèìàíèÿ ïðîãðàììèñòîì àðõèòåêòóðíûõ îñîáåííîñòåé ãðàôè÷åñêèõ
àäàïòåðîâ. Ïðàâèëüíàÿ îðãàíèçàöèÿ ðàáîòû ñ ïàìÿòüþ ÃÏÓ ñóùåñòâåííî
âëèÿåò íà ýôôåêòèâíîñòü ðåøåíèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ çàäà÷ [44]. Òåì íå
ìåíåå, èñïîëüçîâàíèå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííûõ êîìïîíåíòîâ, õîðîøàÿ
ïðîðàáîòàííîñòü âîïðîñîâ ñòàíäàðòèçàöèè è íàëè÷èå óäîáíîãî èíñòðó-
ìåíòàëüíîãî ÏÎ äåëàþò äàííûé ïîäõîä íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûì â áëè-
æàéøèå íåñêîëüêî ëåò.
Òðåòèé òèï Ó òåñíî ñâÿçàí ñî âòîðûì.  ñëó÷àå íàñëåäîâàíèÿ èõ
ïîëîæèòåëüíûõ êà÷åñòâ, à òàêæå ñ ó÷åòîì ïîâûøåííûõ âîçìîæíîñòåé
ñòàíäàðòèçàöèè ÏÎ äàííûå ÓÂ ìîãóò ïðåâçîéòè óñòðîéñòâà âòîðîãî òèïà
ïî ýêñïëóàòàöèîííûì ïîêàçàòåëÿì. Íåãàòèâíûì ôàêòîðîì, ñïîñîáíûì
ïîìåøàòü øèðîêîìó ðàñïðîñòðàíåíèþ óñêîðèòåëåé êëàññà Xeon Phi
Coprocessor, ÿâëÿåòñÿ îðèåíòàöèÿ íà îäíîãî ïðîèçâîäèòåëÿ.
 íàèáîëüøåé ñòåïåíè ðàçðåøèòü ñôîðìóëèðîâàííîå âûøå êîíöåï-
òóàëüíîå ïðîòèâîðå÷èå ñïîñîáíû Ó ÷åòâåðòîãî òèïà, ò.å. ÐÓÂ. Îòñóòñò-
âèå ó íèõ áîëüøèíñòâà íåäîñòàòêîâ, ñâîéñòâåííûõ ÓÂ äðóãîãî òèïà, ê
ñîæàëåíèþ, êîìïåíñèðóåòñÿ ðÿäîì ñëîæíîñòåé è òåõíè÷åñêèõ ïðîáëåì,
âîçíèêàþùèõ ïðè èõ ïðàêòè÷åñêîì èñïîëüçîâàíèè. Ïîýòîìó âû÷èñëèòåëè
íà áàçå ÏËÈÑ ïîêà åùå ìåíåå ðàñïðîñòðàíåíû, ÷åì óñòðîéñòâà GPGPU.
Îò òîãî, íàñêîëüêî áûñòðî è ðåçóëüòàòèâíî óäàñòñÿ ïðåîäîëåòü äàííûå
ñëîæíîñòè, çàâèñèò óñïåøíîå îñâîåíèå è ìàññîâîå ðàñïðîñòðàíåíèå ýòèõ
ïåðñïåêòèâíûõ óñòðîéñòâ.
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
58 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
Äëÿ áîëåå ãëóáîêîãî ïîíèìàíèÿ
ïðîáëåìû ðàññìîòðèì ðÿä ïîëîæå-
íèé îáùåãî ïëàíà, êàñàþùèõñÿ ðàç-
ëè÷íûõ àñïåêòîâ ðàçðàáîòêè è ïðè-
ìåíåíèÿ ÐÓÂ.
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå ÓÂ. Îá-
ùèå âîïðîñû. Òåõíè÷åñêèå ïîêàçà-
òåëè ÐÓÂ îïðåäåëÿþòñÿ ïðåèìóùåñò-
âåííî ïàðàìåòðàìè ÏËÈÑ, âõîäÿùåé
â åãî ñîñòàâ. Ïðîàíàëèçèðóåì îñîáåí-
íîñòè è âîçìîæíîñòè ñîâðåìåííîé
ïðîãðàììèðóåìîé ëîãèêè, èñïîëü-
çóåìîé ïðè ñîçäàíèè ÐÓÂ.
Ñòðóêòóðà è ñîñòàâ ÏËÈÑ.
Ïåðâûå ÏËÈÑ — ïðîãðàììèðóåìûå ëîãè÷åñêèå ìàòðèöû (ÏËÌ) — ïîÿ-
âèëèñü áîëåå 35 ëåò íàçàä äëÿ ñíèæåíèÿ ðàñõîäîâ íà ðàçðàáîòêó ýëåêò-
ðîííûõ óñòðîéñòâ, èçãîòàâëèâàåìûõ îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèì òèðàæîì.
Øèðîêî èñïîëüçóåìûå òîãäà ÏËÌ ïðåäñòàâëÿëè ñîáîé ìàòðèöû ëîãè-
÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «è», «èëè» è èíâåðòîðîâ. Ñâÿçè ìåæäó ýëåìåíòàìè ïðî-
ãðàììèðîâàëèñü ïîñðåäñòâîì ïåðåæèãàíèÿ ïëàâêèõ ïåðåìû÷åê, êàê â ïî-
ñòîÿííûõ çàïîìèíàþùèõ óñòðîéñòâàõ. Â ðåçóëüòàòå ÏËÌ ïðåâðàùàëàñü â
êîìáèíàöèîííóþ ñõåìó, âûïîëíÿþùóþ íåîáõîäèìóþ ëîãè÷åñêóþ ôóíê-
öèþ [1, 5].
 äàëüíåéøåì äëÿ õðàíåíèÿ êîíôèãóðàöèè ñòàëè ïðèìåíÿòü ýíåðãî-
íåçàâèñèìóþ ýëåêòðè÷åñêè ïåðåïðîãðàììèðóåìóþ ôëýø-ïàìÿòü.  íàñòîÿ-
ùåå âðåìÿ òàêàÿ ïàìÿòü â îñíîâíîì èñïîëüçóåòñÿ â ÏËÈÑ, ïðåäíàçíà÷åí-
íûõ äëÿ ñîçäàíèÿ ñëîæíûõ êîìáèíàöèîííûõ ñõåì. Â çàðóáåæíîé ëèòåðà-
òóðå ýòîò êëàññ èçäåëèé èçâåñòåí êàê CPLD (Complex Programmable Logic
Device). Íî äëÿ ñèíòåçà ñëîæíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñõåì, ñîäåðæàùèõ
áîëüøîå ÷èñëî òðèããåðîâ è ðåãèñòðîâ, ïðèìåíÿþò ÏËÈÑ äðóãîãî êëàññà, â
êîòîðûõ êîíôèãóðàöèÿ õðàíèòñÿ â ñòàòè÷åñêîé ïàìÿòè.  àíãëîÿçû÷íîé
ëèòåðàòóðå ýòè èçäåëèÿ íàçûâàþò FPGA (Field- Programmable Gate Array)
[16]. Îñíîâíûå ïðîèçâîäèòåëè ìèêðîñõåì äàííîãî êëàññà — ôèðìû Xilinx
[45] è Altera [46].
Òèïè÷íàÿ ìèêðîñõåìà FPGA ñîñòîèò èç ìàññèâà êîíôèãóðèðóåìûõ
ëîãè÷åñêèõ áëîêîâ (ÊËÁ) è êîììóòàöèîííîé ìàòðèöû (ðèñ. 2). Âîêðóã
ÊËÁ ðàçìåùåíû áëîêè ââîäà-âûâîäà (ÁÂÂ). Ïðîãðàììèðóåìûå ñîåäèíå-
íèÿ îáåñïå÷èâàþò âñå ñâÿçè âíóòðè ìèêðîñõåìû, à Á — èíòåðôåéñ
ìåæäó åå âíóòðåííèìè êîìïîíåíòàìè è âíåøíèìè êîíòàêòàìè [18].
 ïðîñòåéøåì ñëó÷àå ëîãè÷åñêèé áëîê ñîäåðæèò ÷åòûðåõâõîäîâóþ
òàáëèöó ïðåîáðàçîâàíèé LUT (lookup table) è D-òðèããåð. Íî â áîëüøèíñò-
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 59
ÁÂÂ
ÊËÁ
Îáëàñòü ìåæñîåäèíåíèé
Ðèñ. 2. Îáîáùåííàÿ ñòðóêòóðà ÏËÈÑ òèïà
FPGA
âå ñîâðåìåííûõ ÏËÈÑ òèïà FPGA èñïîëüçóþòñÿ áëîêè áîëåå ñëîæíîé
ñòðóêòóðû, âêëþ÷àþùèå øåñòè-ëèáî âîñüìèâõîäîâûå òàáëèöû ïðåîáðà-
çîâàíèé, íåñêîëüêî òðèããåðîâ è ñõåìû óñêîðåííîãî ïåðåíîñà [18]. Íà
òàêèõ ìèêðîñõåìàõ ìîæíî ñèíòåçèðîâàòü öèôðîâûå óñòðîéñòâà âûñîêîé
ñëîæíîñòè. Óæå ïðîèçâîäÿò êðèñòàëëû, ñîäåðæàùèå ìèëëèîíû ýêâèâà-
ëåíòíûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Ïðè ýòîì ñòîèìîñòü ðåñóðñîâ ÏËÈÑ â
ïåðåñ÷åòå íà îäèí ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ïîñòîÿííî ñíèæàåòñÿ.
Ïîñëåäíèå ñåìåéñòâà ÏËÈÑ òèïà FPGA èçãîòàâëèâàþòñÿ ïî 28-íàíî-
ìåòðîâûì ïðîåêòíûì íîðìàì è ñîäåðæàò, êðîìå óïîìÿíóòûõ êîìïîíåí-
òîâ, òàêèå àïïàðàòíî ðåàëèçîâàííûå óñòðîéñòâà:
• RISC-ïðîöåññîðû, ñîâìåñòèìûå ïî àðõèòåêòóðå c PowerPC èëè ARM;
• áëîêè öèôðîâîé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ äî 10
Òåðàôëîï;
• êîíòðîëëåðû ïàìÿòè DDR3 ñ áûñòðîäåéñòâèåì äî 1,866 Ãáàéò/ñ;
• âîñüìèêàíàëüíûå ìîäóëè ñèñòåìíîé øèíû PCI Express 3.0;
• êîíòðîëëåðû ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ Ethernet 10/100/1000 Ìáèò/ñ;
• äèôôåðåíöèàëüíûå ïðèåìî-ïåðåäàþùèå ìîäóëè ñî ñêîðîñòüþ îáìåíà
äî 28 Ãáèò/ñ;
• áëîêè ìîíèòîðèíãà íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ è òåìïåðàòóðû âíóòðè
êðèñòàëëà [45, 46].
Äëÿ çàùèòû ïðîåêòà îò êîïèðîâàíèÿ èñïîëüçóåòñÿ øèôðîâàíèå êîí-
ôèãóðàöèîííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïî àëãîðèòìó AES ñ 256-áèòíûì
êëþ÷îì.
Ñòðóêòóðà è ñîñòàâ ÐÓÂ. Â ðàáîòå [22] âïåðâûå îáîñíîâàíû ñòðóê-
òóðà è ñîñòàâ ÐÓÂ (ðèñ. 3). Åãî îñíîâà — èíòåãðàëüíàÿ ñõåìà ïðîãðàì-
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
60 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
ÐÓÂ
Ethernet
Ê
â
í
åø
í
è
ì
ó
ñò
ð
î
é
ñò
â
àì
USB
ÎÇÓ
Êîíòðîëëåð
èíòåðôåéñà
Ê óíèâåðñàëüíîìó
êîìïüþòåðó
ÏËÈÑ
(FPGA)
Ðèñ. 3. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ÐÓÂ
ìèðóåìîé ëîãèêè. Îáÿçàòåëüíûì òðåáîâàíèåì ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå âûäåëåí-
íîãî êîíòðîëëåðà èíòåðôåéñà, íà êîòîðûé ïîìèìî îáìåíà äàííûìè ñ öåíò-
ðàëüíûì ïðîöåññîðîì (ÖÏ) âîçëàãàåòñÿ òàêæå ôóíêöèÿ êîíôèãóðèðîâàíèÿ
ÏËÈÑ. Äàííîå òðåáîâàíèå îáóñëîâëåíî ýíåðãîçàâèñèìîñòüþ êîíôèãóðàöèè,
õðàíÿùåéñÿ â ìèêðîñõåìå ÏËÈÑ òèïà FPGA. Âñëåäñòâèå ýòîãî ñòàíîâèòñÿ
íåïðèåìëåìûì ðåøåíèå, ïðè êîòîðîì êîíòðîëëåð èíòåðôåéñà ñèíòåçèðóåòñÿ
âíóòðè ÏËÈÑ, çàíèìàÿ ÷àñòü åå ðåñóðñîâ, òàê êàê äëÿ èíèöèàëèçàöèè ðåêîí-
ôèãóðèðóåìîé ñèñòåìû ïîñëå ïîäà÷è ïèòàíèÿ ïîòðåáîâàëîñü áû çàäåéñòâî-
âàòü äîïîëíèòåëüíûå ñðåäñòâà ïðîãðàììèðîâàíèÿ [5].
Íåîáõîäèìûìè êîìïîíåíòàìè ÐÓÂ ÿâëÿþòñÿ äâóõïîðòîâîå îïåðàòèâ-
íîå çàïîìèíàþùåå óñòðîéñòâî (ÎÇÓ) äëÿ õðàíåíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ðå-
çóëüòàòîâ, à òàêæå îòëàäî÷íûå èíäèêàòîðû è ïåðåêëþ÷àòåëè. Êîíñòðóê-
òèâíî ÐÓÂ âûïîëíÿåòñÿ ëèáî â âèäå ïëàòû ðàñøèðåíèÿ, ëèáî â ôîðì-
ôàêòîðå äðóãîãî ñòàíäàðòíîãî êîìïîíåíòà ÏÝÂÌ â çàâèñèìîñòè îò èñ-
ïîëüçóåìîãî èíòåðôåéñà.
Êðîìå îáÿçàòåëüíûõ óçëîâ â ñîñòàâ ÐÓÂ ìîãóò âõîäèòü íåêîòîðûå
äîïîëíèòåëüíûå êîìïîíåíòû, ïîçâîëÿþùèå áåç ñóùåñòâåííîãî óäîðîæà-
íèÿ çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü åãî ôóíêöèîíàëüíîñòü êàê ìàññîâîãî èçäåëèÿ.
Ýòî ìîãóò áûòü ñåòåâûå ïîðòû Ethernet, êîíòðîëëåðû ïåðèôåðèéíîé øèíû
USB è äð.
Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåí â íàñòîÿùåå âðåìÿ èíòåðôåéñ îáìåíà ñ ÐÓÂ
ïî ñèñòåìíîé øèíå PCI, PCI-X, ëèáî PCI Express, ÷òî îáóñëîâëåíî íàè-
ëó÷øèì ñîîòíîøåíèåì ìåæäó ñòîèìîñòüþ è ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ. Îòíîñè-
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 61
ÏÎ ÐÓÂ
Ñèíòåç ñõåì â ÏËÈÑ
Ôèðìåííûå ÑÀÏÐ
Âûñîêîóðîâíåâûå
ÿçûêè
Âèçóàëüíîå
ïðîãðàììèðîâàíèå
Ñàìîêîíôèãóðè
ðóåìûå ñèñòåìû
-
Ïðèêëàäíîå ÏÎ
Ðàçðàáîòêà ïîä
êîíêðåòíóþ
çàäà÷ó
Ïðîôèëüíûå
ïàêåòû
( )CAD, CAE
Óíèâåðñàëüíûå
ïàêåòû
(MATLAB,
MathCAD ), ...
Èíòåðôåéñ ñ ÖÏ Òåñòèðîâàíèå
Òåñòèðîâàíèå
îñòàëüíûõ
êîìïîíåíòîâ
ÐÓÂ
Äðàéâåðû ÐÓÂ
Áèáëèîòå÷íûé
èíòåðôåéñ
ïîëüçîâàòåëÿ
Òåñòèðîâàíèå
ÏËÈÑ
Ðèñ. 4. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äëÿ ÐÓÂ
òåëüíî íîâûé è èíòåðåñíûé âàðèàíò îáìåíà — èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå
èíòåðôåéñà øèí ìåæïðîöåññîðíîãî îáìåíà QPI [47] èëè Hypertransport [48],
ïðè ðàçðàáîòêå êîòîðûõ èçíà÷àëüíî çàêëàäûâàëàñü âîçìîæíîñòü âçàèìî-
äåéñòâèÿ ñ ÐÓÂ. Ýòè øèíû îáåñïå÷èâàþò íàèáîëåå âûñîêóþ ïðîïóñêíóþ
ñïîñîáíîñòü. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðîèçâîäÿòñÿ ìíîãîïðîöåññîðíûå
ìàòåðèíñêèå ïëàòû, â ñâîáîäíûå ñîêåòû êîòîðûõ ìîãóò áûòü âñòàâëåíû ÐÓÂ,
êîíñòðóêòèâíî âûïîëíåííûå â ôîðì-ôàêòîðå óíèâåðñàëüíîãî ïðîöåññîðà.
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî çäåñü íå ðàññìàòðèâàåòñÿ îðãàíèçàöèÿ îáìåíà
èíôîðìàöèåé ìåæäó ðåêîíôèãóðèðóåìûì óñòðîéñòâîì è ïðî÷èìè êîì-
ïîíåíòàìè âû÷èñëèòåëüíîãî êîìïëåêñà, òàêèìè êàê öåíòðàëüíûé ïðî-
öåññîð è óñòðîéñòâà îïåðàòèâíîé ïàìÿòè. Äàííûå âîïðîñû ïðåäñòàâëÿþò
ñîáîé îòäåëüíóþ íàó÷íóþ ïðîáëåìó [13, 14, 24, 31].
Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå ÐÓÂ. Ïðè ïðàêòè÷åñêîì èñïîëüçîâàíèè
ÐÓÂ âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ïðèìåíåíèÿ ñïåöèàëüíîãî ÏÎ. Â ðàáîòàõ
[25, 32] ðàññìîòðåíà è èññëåäîâàíà êëàññèôèêàöèÿ ðàçëè÷íûõ êàòåãîðèé
ÏÎ, ñâÿçàííîãî ñ ðàçðàáîòêîé, òåñòèðîâàíèåì, êîíôèãóðèðîâàíèåì è èñ-
ïîëüçîâàíèåì ÐÓÂ. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äëÿ ÐÓ ìîæíî óñëîâíî
ðàçäåëèòü íà ÷åòûðå ãðóïïû (ðèñ. 4):
1. Èíñòðóìåíòàëüíûå ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè âû÷èñëèòåëüíûõ ñòðóêòóð
(êîíôèãóðàöèé) äëÿ çàãðóçêè â ÏËÈÑ.
2. Ïðèêëàäíîå ÏÎ, â êîòîðîì ÐÓ èñïîëüçîâàíî â êà÷åñòâå ñîïðîöåñ-
ñîðà.
3. Èíòåðôåéñ âçàèìîäåéñòâèÿ ÐÓÂ ñ ìèêðîïðîöåññîðíîé ñèñòåìîé.
4. Òåñòèðóþùåå ÏÎ.
Èíñòðóìåíòàëüíûå ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè êîíôèãóðàöèé. Ïåðâàÿ ãðóïïà
ÏÎ äëÿ ÐÓ — ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè çàãðóæàåìûõ â ÏËÈÑ âû÷èñëèòåëüíûõ
ñòðóêòóð, çàêîäèðîâàííûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ áèòîâ (bitstream) è îðãàíè-
çîâàííûõ â âèäå òàê íàçûâàåìûõ ôàéëîâ êîíôèãóðàöèè. Â ýòîé ãðóïïå, â
ñâîþ î÷åðåäü, ìîæíî âûäåëèòü ÷åòûðå ïîäãðóïïû:
1) ôèðìåííûå ñèñòåìû àâòîìàòèçèðîâàííîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ (ÑÀÏÐ);
2) ïàêåòû âèçóàëüíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ;
3) ìîäèôèêàöèè èçâåñòíûõ ÿçûêîâ ïðîãðàììèðîâàíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ;
4) ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå ñàìîêîíôèãóðèðóåìûõ ñèñòåì.
Ê ïåðâîé ïîäãðóïïå îòíîñÿòñÿ ôèðìåííûå ïàêåòû ðàçðàáîòêè íà ÿçû-
êàõ îïèñàíèÿ îáîðóäîâàíèÿ. Ïðèìåðàìè òàêîãî ÏÎ ÿâëÿþòñÿ ïàêåòû
WebPACK ISE, FOUNDATION SERIES (ôèðìû Xilinx), MAX+PLUS,
QUARTUS (ôèðìû Altera) è äð. Äàííûé âèä èíñòðóìåíòàëüíûõ ñðåäñòâ
ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü êîíôèãóðàöèè, îïòèìàëüíûå ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè
è çàíèìàåìîé ïëîùàäè êðèñòàëëà.
Íåäîñòàòêîì ýòîé ïîäãðóïïû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî äàííûå ïàêåòû òðåáóþò
îò ðàçðàáîò÷èêà âûñîêîé êâàëèôèêàöèè, çíàíèé è íàâûêîâ â îáëàñòè ñèí-
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
62 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
òåçà öèôðîâûõ ñõåì, à òàêæå âëàäåíèÿ ÿçûêàìè îïèñàíèÿ àïïàðàòóðû. Êðîìå
òîãî, ôèðìåííûå ÑÀÏÐ ïðèâÿçàíû ê êîíêðåòíîìó ñåìåéñòâó ÏËÈÑ, ÷òî
ïðåïÿòñòâóåò ñòàíäàðòèçàöèè.
Âòîðàÿ ïîäãðóïïà ïðåäúÿâëÿåò ìåíåå æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ê ðàçðà-
áîò÷èêàì.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ÏÎ äàííîãî âèäà ìîæíî ïðèâåñòè ñðåäó
ðàçðàáîòêè Viva software platform, óïîìÿíóòîé âûøå ôèðìû Star Bridge
Systems [34, 49]. Òàêèå ñðåäñòâà ïðîèãðûâàþò â óíèâåðñàëüíîñòè è îãðà-
íè÷èâàþò âîçìîæíîñòè ñòàíäàðòèçàöèè. Çà ïîñëåäíèå ãîäû èíòåðåñ ê èíñò-
ðóìåíòàì äàííîãî êëàññà çàìåòíî ñíèçèëñÿ.
Ñòðåìëåíèå óïðîñòèòü ïðîöåññ ñèíòåçà ðåêîíôèãóðèðóåìûõ óñòðîéñòâ, à
òàêæå ïðèâëå÷ü ðàçðàáîò÷èêîâ èç îãðîìíîãî ÷èñëà òðàäèöèîííûõ ïðî-
ãðàììèñòîâ ïðèâåëè ê ñîçäàíèþ òðåòüåé ïîäãðóïïû èíñòðóìåíòàëüíûõ
ñðåäñòâ, ê êîòîðîé îòíîñÿòñÿ ìîäèôèêàöèè èçâåñòíûõ ÿçûêîâ ïðîãðàì-
ìèðîâàíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ, ÷àùå âñåãî C-ïîäîáíûå. Òàê, êîìïàíèÿ Men-
tor Graphics èñïîëüçóåò ÿçûê IEEE Standard System C, Celoxica — Handle C,
Nallatech — DIME C, Impulse — Impulse-C, Mitrionics — Mitrion-C. Íåêî-
òîðûå ðàçðàáîò÷èêè èñïîëüçóþò ñòàíäàðòíóþ âåðñèþ ÿçûêà — ANSI C
[10]. Èäåÿ ñîçäàíèÿ òàêèõ ñðåäñòâ çàêëþ÷àåòñÿ â ìàêñèìàëüíîì èñïîëüçî-
âàíèè áîãàòîãî îïûòà ïðîãðàììèðîâàíèÿ, íàêîïëåííîãî ðàçðàáîò÷èêàìè
òðàäèöèîííîãî ÏÎ. Ê ñîæàëåíèþ, åñòåñòâåííûé ïàðàëëåëèçì ðåêîíôèãó-
ðèðóåìûõ óñòðîéñòâ, ÿâëÿþùèõñÿ, ïî ñóòè, àïïàðàòíûìè ñõåìàìè, ïëîõî
ïîääàåòñÿ îïèñàíèþ ÿçûêàìè, êîòîðûå èçíà÷àëüíî ïðåäíàçíà÷àëèñü äëÿ
ïðîãðàììèðîâàíèÿ òðàäèöèîííûõ ïðîöåññîðîâ, ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïî
ñâîåé ñóòè.
Èäåÿ ñîçäàíèÿ ñàìîêîíôèãóðèðóåìûõ ñèñòåì çàêëþ÷àåòñÿ â ïîëíîì
îñâîáîæäåíèè ðàçðàáîò÷èêà âû÷èñëèòåëüíûõ ñðåäñòâ íà áàçå ÏËÈÑ îò
âîïðîñîâ ñîçäàíèÿ êîíôèãóðàöèé è èõ çàãðóçêè [12]. Ïîëüçîâàòåëü â ýòîì
ñëó÷àå îïèñûâàåò ðàøàåìóþ çàäà÷ó íà âûñîêîóðîâíåâîì ÿçûêå, ÏÎ ñàìî-
êîíôèãóðèðóåìîé ñèñòåìû â àâòîìàòè÷åñêîì ðåæèìå ðàñïðåäåëÿåò êîä íà
äâå ÷àñòè — äëÿ ÖÏ è äëÿ ÐÓÂ. Çàòåì êîìïèëèðóåòñÿ ïåðâàÿ ÷àñòü è ñîç-
äàåòñÿ êîíôèãóðàöèÿ äëÿ âòîðîé ÷àñòè. Ïî êîìàíäå îïåðàòîðà ñèñòåìà çàãðó-
æàåò ïîëó÷åííûé âûïîëíÿåìûé êîä â ñîîòâåòñòâóþùåå îáîðóäîâàíèå è çà-
ïóñêàåò åãî. Äàííûé ïîäõîä ê ñîçäàíèþ èíñòðóìåíòàëüíîãî ÏÎ âûòåêàåò íå-
ïîñðåäñòâåííî èç ïðåäûäóùåãî, íàñëåäóÿ ïðè ýòîì åãî íåäîñòàòêè.
Ïðèêëàäíîå ÏÎ, èñïîëüçóþùåå ÐÓ â êà÷åñòâå ñîïðîöåññîðà. Ïðè-
êëàäíîå ÏÎ äëÿ ÐÓ ñîçäàåòñÿ àíàëîãè÷íî îáû÷íîìó, ïðåäíàçíà÷åííîìó
äëÿ ðàáîòû ñ òðàäèöèîííûìè àðõèòåêòóðàìè, è îòëè÷àåòñÿ ëèøü íàëè-
÷èåì âîçìîæíîñòè îáðàùàòüñÿ ê ÐÓ êàê ê ñîïðîöåññîðó, ÷òîáû èñïîëü-
çîâàòü ñèíòåçèðîâàííóþ â íåì âû÷èñëèòåëüíóþ ñòðóêòóðó äëÿ âûïîëíå-
íèÿ íàèáîëåå ðåñóðñîåìêèõ âû÷èñëèòåëüíûõ îïåðàöèé.
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 63
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî âàæíûì ôàêòîðîì äëÿ àêòèâíîãî ïðîäâèæåíèÿ
ÐÓÂ êàê ñòàíäàðòèçèðîâàííûõ óñòðîéñòâ ìîæåò îêàçàòüñÿ ïîääåðæêà èõ
èñïîëüçîâàíèÿ â ðàñïðîñòðàíåííûõ ïàêåòàõ èíæåíåðíûõ è íàó÷íûõ ðàñ-
÷åòîâ óíèâåðñàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ (MATLAB, MathCAD è äð.), à òàêæå
ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ÑÀÏÐ.
Ìåíåå èññëåäîâàíû â ëèòåðàòóðå òðåòüÿ è ÷åòâåðòàÿ ãðóïïû ÏÎ äëÿ
ÐÓÂ.
Èíòåðôåéñ âçàèìîäåéñòâèÿ ÐÓÂ ñ ìèêðîïðîöåññîðíîé ñèñòåìîé.
Ýòà ãðóïïà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áèáëèîòåêó ôóíêöèé äëÿ ÿçûêà ïðîãðàì-
ìèðîâàíèÿ ïðèêëàäíîãî ÏÎ, à òàêæå ñèñòåìíûå äðàéâåðû è íåñåò îòâåòñò-
âåííîñòü çà ñîãëàñîâàíèå ðàçíîðîäíûõ êîìïîíåíòîâ âû÷èñëèòåëüíîãî
êîìïëåêñà, îáðàçîâàííîãî óíèâåðñàëüíûì êîìïüþòåðîì è ÐÓÂ êàê ñîïðî-
öåññîðîì.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ÐÓÂ â ñîñòàâå ÏÝÂÌ, èíôîðìàöèÿ, ïåðåäàâàåìàÿ
îò ÖÏ ê çàãðóæåííîé â ÏËÈÑ âû÷èñëèòåëüíîé ñòðóêòóðå è îáðàòíî,
ïðîõîäèò îïðåäåëåííûé ïóòü, ïðîëåãàþùèé ÷åðåç ñôåðû êîìïåòåíöèè
ñïåöèàëèñòîâ ðàçëè÷íûõ ïðîôèëåé: ïðèêëàäíûõ è ñèñòåìíûõ ïðîãðàì-
ìèñòîâ, ðàçðàáîò÷èêîâ àïïàðàòóðû è çàãðóæàåìûõ â ÐÓ êîíôèãóðàöèé.
 ðàáîòå [24] ðàññìîòðåíû âîïðîñû âçàèìîäåéñòâèÿ ÏÝÂÌ è ÐÓ êàê
îáìåíà äàííûìè ìåæäó ïðèêëàäíîé ïðîãðàììîé, âûïîëíÿåìîé â ÖÏ, è
íàïèñàííîé íà ÿçûêå îïèñàíèÿ àïïàðàòóðû âû÷èñëèòåëüíîé ñòðóêòóðîé,
çàãðóæåííîé â ÏËÈÑ.
Òåñòèðóþùåå ÏÎ. Âîïðîñû äèàãíîñòèðîâàíèÿ ÏËÈÑ äîñòàòî÷íî
îñâåùåíû â ëèòåðàòóðå. Îäíàêî â ñîñòàâ ÐÓÂ âõîäÿò è äðóãèå êîìïî-
íåíòû, òåõíè÷åñêîå ñîñòîÿíèå êîòîðûõ òàêæå íåîáõîäèìî îöåíèâàòü. Â
ðàáîòå [23] îïèñàíî ñîçäàíèå ÏÎ äëÿ äèàãíîñòèðîâàíèÿ è îöåíêè ýôôåê-
òèâíîñòè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ âñïîìîãàòåëüíûõ êîìïîíåíòîâ ÐÓÂ, à òàêæå
äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðàçðàáîò÷èêîâ íåîáõîäèìîé èíôîðìàöèè î ÐÓ êàê î
ñèñòåìíîì óñòðîéñòâå.
Òåïåðü ðàññìîòðèì òðóäíîñòè, âîçíèêàþùèå ïðè èñïîëüçîâàíèè ÐÓÂ.
Îñíîâíûå ïðîáëåìû è ïóòè èõ ðåøåíèÿ. Àíàëèç èíôîðìàöèîííûõ
èñòî÷íèêîâ ïîçâîëÿåò âûäåëèòü ñëåäóþùèå ôàêòîðû, ïðåïÿòñòâóþùèå
øèðîêîìó ðàñïðîñòðàíåíèþ ÐÓÂ:
1) îðãàíèçàöèîííî-ýêîíîìè÷åñêèå, ñâÿçàííûå ñ íåîáõîäèìîñòüþ ñòàí-
äàðòèçàöèè è óíèôèêàöèè òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé;
2) ìåòîäîëîãè÷åñêèå, îáóñëîâëåííûå ñëîæíîñòüþ ñîçäàíèÿ êîíôè-
ãóðàöèé äëÿ ÏËÈÑ;
3) òåõíè÷åñêèå, ñâÿçàííûå ñ îñîáåííîñòÿìè âû÷èñëèòåëüíîãî ïðîöåññà.
Ñòàíäàðòèçàöèÿ. Ñîçäàíèå àëüÿíñîâ. Â ðàáîòàõ [27 — 30] ðàññìîò-
ðåíà àêòóàëüíîñòü âîïðîñîâ ñòàíäàðòèçàöèè è óíèôèêàöèè äëÿ øèðîêîãî
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
64 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
ðàñïðîñòðàíåíèÿ âû÷èñëåíèé íà ÏËÈÑ è ñôîðìóëèðîâàíû êîíêðåòíûå
àñïåêòû, ïîäëåæàùèå ñòàíäàðòèçàöèè. Óíèôèêàöèÿ òðåáóåòñÿ íå òîëüêî
äëÿ èíòåðôåéñîâ, ïðîòîêîëîâ îáìåíà äàííûìè ìåæäó ÐÓÂ è äðóãèìè
êîìïîíåíòàìè âû÷èñëèòåëüíîé ñèñòåìû, íî è äëÿ ïðîãðàììíûõ êîìïî-
íåíòîâ íà âñåõ óðîâíÿõ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè îò ïðèêëàäíîé ïðîãðàììû,
âûïîëíÿåìîé íà ÖÏ, äî âû÷èñëèòåëüíîé ñòðóêòóðû, ñèíòåçèðîâàííîé â
ÏËÈÑ, è îáðàòíî.
Ìàññîâîìó ðàñïðîñòðàíåíèþ è, ñëåäîâàòåëüíî, óäåøåâëåíèþ ÐÓÂ
ïðåïÿòñòâóåò îòñóòñòâèå ìåæäóíàðîäíûõ íîðìàòèâîâ è ñòàíäàðòîâ. Óñ-
ëîæíÿþùèé ôàêòîð ïðè ýòîì — íàëè÷èå áîëüøîãî ÷èñëà êîíêóðèðóþùèõ
ôèðì, ïðîèçâîäÿùèõ àïïàðàòóðó è ñîçäàþùèõ ÏÎ äëÿ ÐÓÂ. Ïîêàçàòåëü-
íûì â ýòîì ïëàíå ÿâëÿåòñÿ äëèííûé ïåðå÷åíü âûñîêîóðîâíåâûõ ÿçûêîâ
äëÿ ðàçðàáîòêè êîíôèãóðàöèé, ïðèâåäåííûé âûøå. Ôàêòè÷åñêè êàæäàÿ
êîìïàíèÿ-ðàçðàáîò÷èê èíñòðóìåíòàëüíûõ ñðåäñòâ èñïîëüçóåò ñîáñòâåííóþ
ìîäèôèêàöèþ ÿçûêà ïðîãðàììèðîâàíèÿ C, íåñîâìåñòèìóþ ñ äðóãèìè. Ïðè-
ìå÷àòåëüíî, ÷òî îäèí èç âàðèàíòîâ, à èìåííî ÿçûê Standard System C, ðàçðà-
áîòàííûé êîìïàíèåé Mentor Graphics, óòâåðæäåí â êà÷åñòâå ñòàíäàðòà îðãà-
íèçàöèåé IEEE.  äàííîì ñëó÷àå ñòàíäàðòèçàöèÿ ÿâëÿåòñÿ íå ñðåäñòâîì
îáúåäèíåíèÿ èíòåðåñîâ, à îðóäèåì êîíêóðåíòíîé áîðüáû.
Î÷åâèäíî, ÷òî ðåøåíèå òàêèõ ïðîáëåì íå ïîä ñèëó îòäåëüíîé, äàæå
î÷åíü âëèÿòåëüíîé è ñîñòîÿòåëüíîé êîìïàíèè. Îäèí èç âîçìîæíûõ ïóòåé
èõ ðåøåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â ñîçäàíèè àëüÿíñîâ èëè êîíñîðöèóìîâ, îáúå-
äèíÿþùèõ ðÿä îðãàíèçàöèé ðàçëè÷íîãî ïðîôèëÿ, èìåþùèõ îáùèå öåëè è
îäèíàêîâî çàèíòåðåñîâàííûõ â ïðîäâèæåíèè íà ðûíîê îïðåäåëåííûõ
èçäåëèé.
Ïðèìåðîì òàêîãî ñîòðóäíè÷åñòâà ÿâëÿåòñÿ ñîîáùåñòâî FHPCA (FPGA
High Performance Computing Alliance), öåëü êîòîðîãî — ðàçðàáîòêà âûñî-
êîïðîèçâîäèòåëüíûõ êîìïüþòåðíûõ ðåøåíèé íà ÏËÈÑ ôèðìû Xilinx
«…äëÿ äîñòèæåíèÿ áåñïðåöåäåíòíîãî óðîâíÿ áûñòðîäåéñòâèÿ âû÷èñëå-
íèé» [50]. Ó÷àñòíèêè äàííîãî àëüÿíñà: Xilinx — îäèí èç ìèðîâûõ ëèäåðîâ
ïî ïðîèçâîäñòâó ÏËÈÑ; Alpha Data è Nallatech — ðàçðàáîò÷èêè ðåêîíôè-
ãóðèðóåìûõ óñêîðèòåëåé; EPCC — Ýäèíáóðãñêèé öåíòð ïàðàëëåëüíûõ
âû÷èñëåíèé; ISLI — Èíñòèòóò ñèñòåìíîé èíòåãðàöèè (Øîòëàíäèÿ); Scot-
tish Enterprise — îðãàíèçàöèÿ, ñïîíñèðóåìàÿ ILSI; Algotronix — ôèðìà ïî
çàùèòå èíòåëëåêòóàëüíîé ñîáñòâåííîñòè ðåêîíôèãóðèðóåìûõ IP-ÿäåð.
Àëüòåðíàòèâíûì íàïðàâëåíèåì äâèæåíèÿ â ñòîðîíó ñòàíäàðòèçàöèè
ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå íåêîììåð÷åñêèõ îáúåäèíåíèé íåçàâèñèìûõ ñïåöèà-
ëèñòîâ. Ïðèìåð òàêîé îðãàíèçàöèè — ïðîåêò OpenRISC, êîòîðûé ñîçäàí è
ïîääåðæèâàåòñÿ ñîîáùåñòâîì ðàçðàáîò÷èêîâ ñâîáîäíî ðàñïðîñòðàíÿåìûõ
IP-ÿäåð OpenCores è ÿâëÿåòñÿ àïïàðàòíûì àíàëîãîì ïðîåêòîâ îòêðûòîãî
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 65
ÏÎ [51]. Âîçìîæíû òàêæå êîìáèíèðîâàííûå ðåøåíèÿ. Íàïðèìåð, ôèðìà
Convey Computer Corporation îðãàíèçîâàëà íåêîììåð÷åñêîå ñîîáùåñòâî
ñâîáîäíûõ ðàçðàáîò÷èêîâ, ñîçäàþùèõ âû÷èñëèòåëüíûå ñòðóêòóðû äëÿ åå
ðåêîíôèãóðèðóåìûõ ñèñòåì â ðàçëè÷íûõ ïðèêëàäíûõ îáëàñòÿõ [52, 53].
Ñîçäàíèå êîíôèãóðàöèé. Ñòàíäàðò OpenCL. Ïðîáëåìà ñòàíäàðòèçà-
öèè — íå åäèíñòâåííîå ïðåïÿòñòâèå äëÿ øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ ÐÓÂ.
Îäíèì èç ñåðüåçíûõ ôàêòîðîâ ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ òðóäîåìêîñòü ïðîöåññà
ðàçðàáîòêè çàãðóæàåìûõ â ÏËÈÑ êîíôèãóðàöèé. Â ñâÿçè ñ âûñîêîé ïîò-
ðåáíîñòüþ â ðàçðàáîòêàõ íà áàçå ÏËÈÑ â ïîñëåäíåå âðåìÿ íà ðåøåíèå
äàííîé ïðîáëåìû íàïðàâëåíû óñèëèÿ ìíîãèõ èññëåäîâàòåëåé è ðàçðà-
áîò÷èêîâ. Êàê óêàçàíî âûøå, êðîìå ôèðìåííûõ ïàêåòîâ ÑÀÏÐ äëÿ ýòîãî
èñïîëüçóþòñÿ âèçóàëüíûå ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè è âûñîêîóðîâíåâûå ÿçûêè
ïðîãðàììèðîâàíèÿ, ìîäèôèöèðîâàííûå ïîä ïðîåêòèðîâàíèå àïïàðàòóðû,
à òàêæå ñàìîêîíôèãóðèðóåìûå ñèñòåìû.
Ïðèíöèïèàëüíûì îãðàíè÷åíèåì âîçìîæíîñòåé èíñòðóìåíòàëüíûõ
ñðåäñòâ, èñïîëüçóþùèõ äëÿ ñèíòåçà àïïàðàòíûõ ñõåì âûñîêîóðîâíåâûå
ÿçûêè, ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòü àâòîìàòè÷åñêîãî ðàñïàðàëëåëèâàíèÿ ïðî-
ãðàìì. Ýòî — îäíà èç ñëîæíåéøèõ íàó÷íî-òåõíè÷åñêèõ çàäà÷. Ïîýòîìó
èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò ñòàíäàðò OpenCL (Open Computing Language —
îòêðûòûé ÿçûê âû÷èñëåíèé), èçíà÷àëüíî ñîçäàâàâøèéñÿ äëÿ íóæä ïàðàë-
ëåëüíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ. OpenCL ÿâëÿåòñÿ ñðåäñòâîì ðàçðàáîòêè ïà-
ðàëëåëüíûõ êðîññ-ïëàòôîðìåííûõ ïðîãðàììíûõ ïðèëîæåíèé äëÿ øèðî-
êîãî êðóãà âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì [54—56].
Ïðèíöèïèàëüíûì ÿâëÿåòñÿ òîò ôàêò, ÷òî OpenCL, â îòëè÷èå îò èíñò-
ðóìåíòîâ íà áàçå âûñîêîóðîâíåâûõ ÿçûêîâ, ïðåäîñòàâëÿåò ïðîãðàììèñòó
âîçìîæíîñòü ñàìîìó îïðåäåëÿòü è êîíòðîëèðîâàòü ïàðàëëåëèçì. Òàêèì
îáðàçîì, ýòîò ñòàíäàðò ëó÷øå ñîãëàñóåòñÿ ñ åñòåñòâåííî-ïàðàëëåëüíîé
ïðèðîäîé ïðîãðàììèðóåìîé ëîãèêè [57].
Îá àêòóàëüíîñòè äàííîãî íàïðàâëåíèÿ ñâèäåòåëüñòâóåò èíôîðìàöèîí-
íîå ñîîáùåíèå [58] î òîì, ÷òî Èí-ò ñèñòåìíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ ÐÀÍ,
Èí-ò ïðèêëàäíîé ìàòåìàòèêè èì. Ì.Â. Êåëäûøà è êîìïàíèÿ «Ò-Ïëàò-
ôîðìû» ñîâìåñòíî ñî ñïåöèàëèñòàìè ñòðàí Åâðîñîþçà ïðèñòóïèëè ê èñ-
ñëåäîâàíèÿì â îáëàñòè ñóïåðêîìïüþòåðîâ â ðàìêàõ ñåäüìîé ðàìî÷íîé
ïðîãðàììû. Öåëüþ îäíîãî èç òðåõ íàïðàâëåíèé äàííîãî ïðîåêòà ÿâëÿåòñÿ
ïîâûøåíèå ïðîäóêòèâíîñòè ïðîãðàììèðîâàíèÿ ñèñòåì íà îñíîâå ïðî-
ãðàììèðóåìûõ ëîãè÷åñêèõ ñõåì (FPGA).  ñîîáùåíèè îòìå÷åíî, ÷òî øèðî-
êîå èñïîëüçîâàíèå ñèñòåì íà áàçå FPGA-ìèêðîñõåì ñäåðæèâàåòñÿ ñëîæ-
íîñòüþ èõ ïðîãðàììèðîâàíèÿ, è âàæíûì óñëîâèåì èõ ýôôåêòèâíîãî âíåä-
ðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå îòêðûòûõ ñòàíäàðòîâ, íàïðèìåð OpenCL.
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
66 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
Òåõíè÷åñêèå ñëîæíîñòè. Ðàññìîòðèì ñëåäóþùèå äâå ïðîáëåìû, îãðà-
íè÷èâàþùèå äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ÐÓÂ:
1. Êîíñòðóêòèâíûå îãðàíè÷åíèÿ íà îáúåì îáîðóäîâàíèÿ (ìèêðîñõåìû
ÏËÈÑ è ÎÇÓ), êîòîðîå ìîæåò áûòü ðàçìåùåíî íà ïðèñîåäèíåííîì óñò-
ðîéñòâå.
2. Óâåëè÷åíèå îáúåìà ëîêàëüíîé îïåðàòèâíîé ïàìÿòè áåç ñíèæåíèÿ
ýôôåêòèâíîñòè åå ôóíêöèîíèðîâàíèÿ.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè íàèáîëåå áûñòðûõ èíòåðôåéñîâ, ÷óâñòâèòåëüíûõ
ê äëèíå ñîåäèíåíèé, ÐÓ íåîáõîäèìî ðàñïîëàãàòü âíóòðè âû÷èñëèòåëü-
íîãî ìîäóëÿ êëàñòåðà ëèáî ñèñòåìíîãî áëîêà ÏÝÂÌ. Ïîýòîìó íà ðàçìåðû
ñîïðîöåññîðà êàê ýëåêòðîííîãî èçäåëèÿ íàêëàäûâàþòñÿ îãðàíè÷åíèÿ, óæåñ-
òî÷àþùèåñÿ ïî ìåðå óñêîðåíèÿ îáìåíà. Äåéñòâèòåëüíî, ïëàòà ðàñøèðåíèÿ,
âñòàâëÿåìàÿ â ñèñòåìíóþ øèíó, ìîæåò èìåòü áîëüøèå ãàáàðèòû, ÷åì ìîäóëü,
óñòàíàâëèâàåìûé â ñëîò ïàìÿòè èëè ïðîöåññîðíûé ñîêåò.
Íà ïðîòÿæåíèè âñåé èñòîðèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè îïå-
ðàòèâíàÿ ïàìÿòü áûëà îäíèì èç ñàìûõ ïðîáëåìíûõ êîìïüþòåðíûõ êîì-
ïîíåíòîâ. Ñóùåñòâåííàÿ çàâèñèìîñòü öåíû îò ïîêàçàòåëåé åìêîñòè ýëå-
ìåíòíîé áàçû ÎÇÓ âûíóæäàåò ðàçðàáîò÷èêîâ çàäåéñòâîâàòü ìåõàíèçìû
êýøèðîâàíèÿ, ïðèâîäÿùèå ê ñëîæíîé ìíîãîóðîâíåâîé èåðàðõèè ïîäñèñ-
òåìû ïàìÿòè. Â ÐÓÂ ê ñëîæíîñòÿì êýøèðîâàíèÿ äîáàâëÿþòñÿ êîíñòðóê-
òèâíûå îãðàíè÷åíèÿ íà îáúåì, à òàêæå âîïðîñû ñîãëàñîâàíèÿ ïî äàííûì
ëîêàëüíîãî ÎÇÓ ñîïðîöåññîðà ñ îñíîâíîé ïàìÿòüþ õîñò-ñèñòåìû. Îäíàêî
íàèáîëåå ñóùåñòâåííîé ïðîáëåìîé, ïî-âèäèìîìó, ÿâëÿåòñÿ çíà÷èòåëüíîå
óñëîæíåíèå òðóäà ïðîãðàììèñòîâ, âûíóæäåííûõ ðàáîòàòü ñ ëîêàëüíîé
ïàìÿòüþ ñîïðîöåññîðà. Ðàññìîòðèì, êàê ðåøåíû ïåðå÷èñëåííûå òåõíè-
÷åñêèå çàäà÷è â èçäåëèÿõ ôèðìû Convey Computer Corporation [53].
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 67
Ñîãëàñóþùèé
ýëåìåíò
Ïðîöåññîðíûé ñîêåò
Õîñò-ñèñòåìà
ÐÓÂ
Ðèñ. 5. Êîíñòðóêòèâíîå ðåøåíèå ÐÓÂ
Âûáîð êîíñòðóêòèâíîãî ðåøåíèÿ. Ïðîòèâîðå÷èå ìåæäó âûñîêîïðîèç-
âîäèòåëüíûì èíòåðôåéñîì è ìàëûìè ãàáàðèòàìè ñîîòâåòñòâóþùåãî
ðàçúåìà ðåøåíî òàê. Ðåêîíôèãóðèðóåìûé âû÷èñëèòåëü èçãîòîâëåí â âèäå
îòäåëüíîãî ñåðâåðíîãî ìîäóëÿ, óñòàíîâëåííîãî íåïîñðåäñòâåííî íàä
õîñò-ñèñòåìîé (ðèñ. 5) [59]. Ïðè ýòîì â ïðîöåññîðíûé ñîêåò õîñò-ñèñòåìû
âñòàâëÿåòñÿ ñîãëàñóþùèé ýëåìåíò ñêîðîñòíîãî êàíàëà ïåðåäà÷è äàííûõ
íà âû÷èñëèòåëü. Òàêîå ðåøåíèå ïîçâîëÿåò ÐÓ èìåòü ãàáàðèòû, ñîèçìå-
ðèìûå ñ ñåðâåðíûì áëîêîì õîñò-ñèñòåìû è äàæå áîëüøå.
Ïîäñèñòåìà îïåðàòèâíîé ïàìÿòè. Ïðè ðàáîòå ñ ïðèñîåäèíåííûìè
ñîïðîöåññîðàìè ïîëüçîâàòåëþ ïðèõîäèòñÿ èìåòü äåëî êàê ñ îáùåé ïà-
ìÿòüþ õîñò-ñèñòåìû (ôèçè÷åñêè ðàñïîëîæåííîé íà ìàòåðèíñêîé ïëàòå
ñåðâåðà èëè ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà), òàê è ñ ëîêàëüíîé ïàìÿòüþ ñî-
ïðîöåññîðà. Ïåðåñûëêà äàííûõ èç îáùåãî ÎÇÓ â ëîêàëüíîå è îáðàòíî
òðåáóåò, ñ îäíîé ñòîðîíû, óñèëèé ïðîãðàììèñòà, ñ äðóãîé — ÿâëÿåòñÿ
èñòî÷íèêîì çíà÷èòåëüíûõ âðåìåííûõ çàäåðæåê, ñïîñîáíûõ ñâåñòè íà íåò
ïðåèìóùåñòâà èñïîëüçîâàíèÿ ñîïðîöåññîðà.
 ðåøåíèè, ïðåäëîæåííîì ðàçðàáîò÷èêàìè ôèðìû Convey, âñÿ ôèçè-
÷åñêàÿ ëîêàëüíàÿ ïàìÿòü ÐÓ ëîãè÷åñêè îòîáðàæàåòñÿ â îáùóþ ïàìÿòü,
äîñòóïíóþ ïðîãðàììàì, âûïîëíÿåìûì íà ÖÏ õîñò-ñèñòåìû, îáðàçóÿ ñ íåé
åäèíîå àäðåñíîå ïðîñòðàíñòâî. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òàêîé âîçìîæíîñòè
ìåæäó äâóìÿ âèäàìè ïàìÿòè îðãàíèçîâàí ñêîðîñòíîé êýø-êîãåðåíòíûé
êàíàë îáìåíà äàííûìè. Ïðè ýòîì èñïîëüçîâàíû ìåõàíèçìû, ñïåöèàëüíî
çàëîæåííûå äëÿ äàííûõ öåëåé â ìåæïðîöåññîðíóþ øèíó QPI. Â ðåçóëü-
òàòå ÎÇÓ õîñò-ñèñòåìû è ëîêàëüíàÿ ïàìÿòü ñîïðîöåññîðà äëÿ ïðîãðàììèñ-
òà ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå åäèíîãî âèðòóàëüíîãî çàïîìèíàþùåãî óñòðîéñò-
âà, ÷òî ñóùåñòâåííî óïðîùàåò ðàáîòó ñ ÐÓÂ.
Âûâîäû
Ðåçóëüòàòû ïðîâåäåííîãî àíàëèçà ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ÐÓÂ ïîç-
âîëÿþò â íàèáîëüøåé ñòåïåíè ðàçðåøèòü ïðîòèâîðå÷èÿ ìåæäó âûñîêîé
ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ, ãèáêîñòüþ è ìàòåðèàëüíûìè çàòðàòàìè ïî ñðàâ-
íåíèþ ñ óíèôèöèðîâàííûìè âû÷èñëèòåëÿìè äðóãèõ êëàññîâ. Ïîýòîìó â
íàñòîÿùåå âðåìÿ îíè ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå àêòèâíî ðàçâèâàþùèìèñÿ èçäå-
ëèÿìè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè.
Ïðè èññëåäîâàíèè ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ âîçìîæíîñòåé ñðåäñòâ
íà îñíîâå ÏËÈÑ âûÿâëåíà òåíäåíöèÿ ê ñìåùåíèþ ôîêóñà âíèìàíèÿ èñ-
ñëåäîâàòåëåé è ðàçðàáîò÷èêîâ îò àâòîíîìíûõ, ïîëíîñòüþ ðåêîíôèãóðèðóå-
ìûõ, ñóïåðêîìïüþòåðîâ ñî ñâîåé îïåðàöèîííîé ñðåäîé â ñòîðîíó ïðèñîå-
äèíåííûõ âû÷èñëèòåëåé, ñïîñîáíûõ ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü êîëîññàëü-
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
68 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
íûé îáúåì ïðîãðàììíûõ íàðàáîòîê, òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé, ñòàíäàðòîâ è
ïðîòîêîëîâ, ñîçäàííûõ äëÿ òðàäèöèîííîé ìèêðîïðîöåññîðíîé âû÷èñëè-
òåëüíîé òåõíèêè.
Äàâàÿ îöåíêó ðîëè è ìåñòó êëàññà ÐÓÂ â ìèðå êîìïüþòåðíîé òåõíèêè,
ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî äàííîå íàïðàâëåíèå íå ÿâëÿåòñÿ êîíêóðèðóþùèì íå
òîëüêî ïî îòíîøåíèþ ê ìèêðîïðîöåññîðíûì ñèñòåìàì, íî è ê äðóãèì
âèäàì ÓÂ, â ÷àñòíîñòè ãðàôè÷åñêèì ïðîöåññîðíûì óñòðîéñòâàì øèðî-
êîãî ïðèìåíåíèÿ.
Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â äàëüíåéøåì êàæäûé êëàññ âû÷èñëèòåëüíîé
òåõíèêè çàéìåò ñâîþ íèøó ñðåäè ðåñóðñîåìêèõ âû÷èñëèòåëüíûõ çàäà÷, ñïî-
ñîáñòâóÿ âçàèìíîìó ðàçâèòèþ. Íàïðèìåð, ïîçèòèâíûìè äëÿ ðàçâèòèÿ ÐÓÂ â
ðåçóëüòàòå ìàññîâîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ òåõíîëîãèè GPGPU ñòàëè òàêèå ÿâëå-
íèÿ, êàê ðåøåíèå íåêîòîðûõ ïðîáëåì ñòàíäàðòèçàöèè è óíèôèêàöèè, ïðèâëå-
÷åíèå âíèìàíèÿ ïîëüçîâàòåëåé êëàñòåðíûõ ñèñòåì ê ÓÂ, à òàêæå ôîðìèðî-
âàíèå íîâîé êàòåãîðèè ïðîãðàììèñòîâ-ïðèêëàäíèêîâ, ñïåöèàëèçèðóþùèõñÿ
íà èñïîëüçîâàíèè ñîïðîöåññîðîâ.
A wide range of problems about a promising class of high performance digital devices — recon-
figurable coprocessors based on FPGAs has been analyzed. A comparison with computation-in-
tensive accelerators of another type was fulfilled. The obstacles that impede the propagation of
reconfigurable coprocessors are investigated; the ways of their overcoming have been analyzed.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Hauck S. The Roles of FPGAs in Reprogrammable Systems // Proc. of IEEE. — 1998. —
Vol. 86, ¹ 4. — P. 615—639.
2. Gokhale M.B., Graham P.S. Reconfigurable Computing: Accelerating Computation with
Field-Programmable Gate Arrays. — Springer Netherland. — 2005. — 238 p.
3. Bovay J., Henderson B., Hsin-Ying Lin, Wadleigh K. Accelerators for High Performance
Computing Investigation // High Performance Computing Division Hewlett-Packard Comp-
any. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] Last Update: 01/24/2007 — Ðåæèì äîñòóïà: http://www.hp.com./
techservers/hpccn/hpccollaboration/ADCatalyst/downloads/accelerators.pdf.
4. Reconfigurable Computing: the Theory and Practice of FPGA-based Computation. Edited
by S. Hauck, A. DeHon. Amsterdam: Morgan Kaufmann/Elsevier, 2008. — 908 p.
5. Ìàêñôèëä Ê. Ïðîåêòèðîâàíèå íà ÏËÈÑ. Êóðñ ìîëîäîãî áîéöà. — Ì. : Èçä. äîì
«Äîäýêà-XXI», 2007. — 408 ñ.
6. Ëåâèí È.È. Ìîäóëüíî-íàðàùèâàåìàÿ ìíîãîïðîöåññîðíàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ñèñòåìà ñî
ñòðóêòóðíî-ïðîöåäóðíîé îðãàíèçàöèåé âû÷èñëåíèé íà îñíîâå ÏËÈÑ-òåõíîëîãèè //
Èñêóññòâåííûé èíòåëëåêò. — 2003. — ¹ 4. — Ñ. 446— 453.
7. Êàëÿåâ È.À., Ëåâèí È.È., Ñåìåðíèêîâ Å.À. Àðõèòåêòóðà ñåìåéñòâà ðåêîíôèãóðè-
ðóåìûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì íà îñíîâå ÏËÈÑ // Èñêóññòâåííûé èíòåëëåêò. —
2008. — ¹ 3. — Ñ. 663—673.
8. Êàëÿåâ È.À., Ëåâèí È.È., Ñåìåðíèêîâ Å.À., Øìîéëîâ Â.È. Ðåêîíôèãóðèðóåìûå ìóëü-
òèêîíâåéåðíûå âû÷èñëèòåëüíûå ñòðóêòóðû. Ïîä îáù. ðåä. È.À. Êàëÿåâà. 2-å èçä.,
ïåðåðàá. è äîï. — Ðîñòîâ-íà-Äîíó: Èçä-âî ÞÍÖ ÐÀÍ, 2009. — 344 ñ.
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 69
9. Êàëÿåâ È.À., Ëåâèí È.È., Ñåìåðíèêîâ Å.À., Äîðäîïóëî À.È. Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû-
÷èñëèòåëüíûå ñèñòåìû íà îñíîâå ÏËÈÑ ñåìåéñòâà VIRTEX-6 // Âåñò. Óôèìñêîãî ãîñ.
àâèàöèîííîãî òåõíè÷åñêîãî óí-òà (ÓÃÀÒÓ). — 2011. — 15, ¹ 5. — Ñ. 148—154.
10. Ìåëüíèê À.Î., Ìîõàììàä Àëü Õàáàáñàõ Ïðîãðàìí³ ñïåö³àë³çîâàí³ ïðîöåñîðè äëÿ
ðåêîíô³ãóðîâíèõ ïðèñêîðþâà÷³â óí³âåðñàëüíèõ êîìï’þòåð³â // Íàóê. â³ñíèê ×åð-
í³âåöüêîãî óí-òó. — 2008. — Âèï. 426. Ô³çèêà. Åëåêòðîí³êà. — Ñ. 20—25.
11. Ìåëüíèê À.Î., Ìåëüíèê Â.À., Ñàðàéðåõ Ç.Ò. Âèêîðèñòàííÿ ðåêîíô³ãóðîâaíèõ ïðèñêî-
ðþâà÷³â äëÿ ï³äâèùåííÿ ïðîäóêòèâíîñò³ ïåðñîíàëüíèõ êîìï’þòåð³â // Íàóê. â³ñí.
×åðí³âåöüêîãî óí-òó. Êîìï’þòåðí³ ñèñòåìè òà êîìïîíåíòè. — 2010. — Ò. 1, âèï. 1. —
Ñ. 20—25.
12. Ìåëüíèê Â.À., Ñàðàéðåõ Ç. Ñàìîêîíô³ãóðîâí³ àïàðàòí³ ïðèñêîðþâà÷³ îá÷èñëåíü â
êîìï’þòåðàõ // ³ñí. Íàö. óí-òó «Ëüâ³âñüêà ïîë³òåõí³êà». «Êîìï’þòåðí³ ñèñòåìè òà
ìåðåæ³». — 2010. — ¹ 688. — Ñ. 163—171.
13. Ìåëüíèê À.Î., Ìåëüíèê Â.À. Ïåðñîíàëüí³ ñóïåðêîìï’þòåðè: àðõ³òåêòóðà, ïðîåêòó-
âàííÿ, çàñòîñóâàííÿ. — Ëüâ³â: Âèä-âî «Ëüâ³âñüêî¿ ïîë³òåõí³êè», 2013. — 516 ñ.
14. Ïàëàãèí À.Â., Îïàíàñåíêî Â.Í. Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëüíûå ñèñòåìû: Îñíî-
âû è ïðèëîæåíèÿ. — Ê. : «Ïðîñâ³òà», 2006. — 280 ñ.
15. Îïàíàñåíêî Â.Í. Âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûå ðåêîíôèãóðèðóåìûå êîìïüþòåðû íà áàçå
FPGA // Ïðîáëåìè ³íôîðìàòèçàö³¿ òà óïðàâë³ííÿ. Çá. íàóê. ïðàöü ÍÀÓ. — 2009. —
Âèï. 3 (27). — Ñ. 114—118.
16. Ñîëîâüåâ Â.Â. Ïðîåêòèðîâàíèå öèôðîâûõ ñèñòåì íà îñíîâå ïðîãðàììèðóåìûõ ëîãè-
÷åñêèõ èíòåãðàëüíûõ ñõåì. — Ì. : Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ — Òåëåêîì, 2001. — 636 ñ.
17. Áèáèëî Ï.Í. Ñèíòåç ëîãè÷åñêèõ ñõåì ñ èñïîëüçîâàíèåì ÿçûêà VHDL. — Ì. : ÑÎËÎÍ - Ð,
2002. — 384 ñ.
18. Ãðóøâèöêèé Ð.È., Ìóðñàåâ À.Õ., Óãðþìîâ Å.Ï. Ïðîåêòèðîâàíèå ñèñòåì íà ìèêðî-
ñõåìàõ ïðîãðàììèðóåìîé ëîãèêè. — ÑÏá. : ÁÕÂ-Ïåòåðáóðã, 2002. — 608 ñ.
19. Ñåðãèåíêî À.Ì. VHDL äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ. — Êèåâ: ×Ï
«Êîðíåé÷óê», ÎÎÎ «ÒÈÄ «ÄÑ», 2003. — 208 ñ.
20. Ñòåøåíêî Â.Á. ÏËÈÑ ôèðìû Altera: ýëåìåíòíàÿ áàçà, ñèñòåìà ïðîåêòèðîâàíèÿ è
ÿçûêè îïèñàíèÿ àïïàðàòóðû. — Ì. : Èçä. äîì «Äîäýêà-XXI», 2002. — 576 ñ.
21. Çîòîâ Â.Þ. Ïðîåêòèðîâàíèå âñòðàèâàåìûõ ìèêðîïðîöåññîðíûõ ñèñòåì íà îñíîâå
ÏËÈÑ ôèðìû Xilinx â ÑÀÏÐ WebPACK ISE. — Ì. : Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ-Òåëåêîì, 2006. —
520 ñ.
22. Ãèëüãóðò Ñ.ß. Ïðèìåíåíèå òèïîâûõ óñòðîéñòâ íà áàçå ïðîãðàììèðóåìîé ëîãèêè äëÿ
ðåøåíèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ çàäà÷ // Òåç. äîêë. II ìåæäóíàð. êîíô. «Ïàðàëëåëüíûå
âû÷èñëåíèÿ è çàäà÷è óïðàâëåíèÿ». 4—6 îêò. 2004 ã. — Ì. : Èí-ò ïðîáëåì óïðàâëåíèÿ
èì. Â.À. Òðàïåçíèêîâà ÐÀÍ, 2004. — Ñ. 514—530.
23. Ãèëüãóðò Ñ.ß., Ãèðàíîâà À.Ê. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äëÿ òåñòèðîâàíèÿ àïïàðàò-
íûõ ñðåäñòâ ðåêîíôèãóðèðóåìûõ âû÷èñëèòåëåé // Ìîäåëþâàííÿ òà ³íôîðìàö³éí³
òåõíîëî㳿. Çá. íàóê. ïð. ²ÏÌÅ ÍÀÍ Óêðà¿íè. — 2006. — Âèï. 38. — Ñ. 8—14.
24. Ãèëüãóðò Ñ.ß., Ãèðàíîâà À.Ê. Íåêîòîðûå âîïðîñû îáìåíà äàííûìè ìåæäó ïåðñî-
íàëüíûì êîìïüþòåðîì è ðåêîíôèãóðèðóåìûì óñòðîéñòâîì // Òàì æå. — 2007. —
Âèï. 43. — Ñ. 86—94.
25. Ãèðàíîâà À.Ê. Àíàëèç ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ðåêîíôèãóðèðóåìûõ âû÷èñëèòåëåé //
Òàì æå. — 2007. — Âèï. 41. — Ñ. 43—48.
26. Ãèëüãóðò Ñ.ß. Àíàëèç ñóùåñòâóþùèõ óíèôèöèðîâàííûõ âû÷èñëèòåëåé äëÿ âûïîëíå-
íèÿ ðåñóðñîåìêèõ ðàñ÷åòîâ // Òàì æå. — 2008. — Âèï. 48. — Ñ. 115—120.
27. Ãèëüãóðò Ñ.ß. Î ïðèìåíåíèè ðåêîíôèãóðèðóåìûõ óíèôèöèðîâàííûõ âû÷èñëèòåëåé
äëÿ ðåøåíèÿ íàó÷íî-òåõíè÷åñêèõ çàäà÷ / Ïàðàëëåëüíûå âû÷èñëèòåëüíûå òåõíîëîãèè //
Òð. ìåæäóíàð. íàó÷. êîíô. Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, 28 ÿíâàðÿ — 1 ôåâðàëÿ 2008 ã. —
×åëÿáèíñê: Èçä. ÞÓðÃÓ, 2008. — Ñ. 358—363.
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
70 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
28. Ãèëüãóðò Ñ.ß. Íåêîòîðûå âîïðîñû ïðèìåíåíèÿ ðåêîíôèãóðèðóåìûõ âû÷èñëèòåëåé
äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ // Òåç. äîï. XXVI íàóê.-òåõí. êîíô.
«Ìîäåëþâàííÿ» — Êè¿â: ²í-ò ïðîáëåì ìîäåëþâàííÿ â åíåðãåòèö³ ³ì. Ã.ª. Ïóõîâà
ÍÀÍ Óêðà¿íè, 2008. — Ñ. 411—415.
29. Ãèëüãóðò Ñ.ß. Îáçîð ñîâðåìåííûõ ðåêîíôèãóðèðóåìûõ óíèôèöèðîâàííûõ âû÷èñëè-
òåëåé // Ìîäåëþâàííÿ òà ³íôîðìàö³éí³ òåõíîëî㳿. Çá. íàóê. ïð. ²ÏÌÅ ÍÀÍ Óêðà¿íè. —
2008. — Âèï. 49. — Ñ. 17—24.
30. Ãèëüãóðò Ñ.ß. Àíàëèç ïðèìåíåíèÿ óíèôèöèðîâàííûõ âû÷èñëèòåëåé â èíòåëëåê-
òóàëüíûõ ñèñòåìàõ // Èñêóññòâåííûé èíòåëëåêò. — 2009. — ¹ 1. — Ñ. 144—148.
31. Ãèëüãóðò Ñ.ß. Àíàëèç òèïîâûõ ðåæèìîâ îáìåíà äàííûìè ñ ðåêîíôèãóðèðóåìûìè âû-
÷èñëèòåëÿìè // Çá. íàóê. ïð. ²ÏÌÅ ÍÀÍ Óêðà¿íè. — 2011. — Âèï. 59. — Ñ. 113—121.
32. Ãèðàíîâà À.Ê. Ðàçðàáîòêà ïàêåòà ïðîãðàìì äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ ñ ðåêîí-
ôèãóðèðóåìûìè âû÷èñëèòåëÿìè // Òàì æå. — 2011. — Âèï. 59. — C. 124—129.
33. Smart Connected Devices in Emerging Markets to Surpass 1 Billion Unit Shipments by 2014
with More Than 60% Going to BRIC Countries, According to IDC — Press Release
[Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] Last Update: 06/10/2013. — Ðåæèì äîñòóïà: — http://
www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS24154913 .
34. Starbridge: The Hypercomputing Company. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] — Ðåæèì äîñòóïà: —
http://www.starbridgesystems.com
35. Ðîéçåíçîí Ã.Â. Âûáîð âû÷èñëèòåëüíûõ êëàñòåðîâ íà îñíîâå àíàëèçà êîëè÷åñòâåííîé è
êà÷åñòâåííîé èíôîðìàöèè // Èñêóññòâåííûé èíòåëëåêò. — 2004. — ¹ 2. — Ñ. 73—79.
36. ßêóáà À.À., Êîìóõàåâ Ý.È., Ðÿá÷óí Ñ.Ã. Ðàçâèòèå óñêîðèòåëåé ñïåöèàëèçèðîâàííûõ
âû÷èñëåíèé // Ìàòåìàòè÷í³ ìàøèíè ³ ñèñòåìè — 2010. — ¹ 2. — Ñ. 10—20.
37. Êîðíååâ Â.Â., Êèñåëåâ À.Â. Ñîâðåìåííûå ìèêðîïðîöåññîðû. — Èçä. 3-å ïåðåðàá. è
äîï. — ÑÏá. : ÁÕÂ-Ïåòåðáóðã, 2003. — 448 ñ.
38. AMD î ïåðñïåêòèâàõ ìíîãîÿäåðíîñòè. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ] —http://www. overclockers.ru/
hardnews/24205/AMD — o perspektivah mnogoyadernosti.html - 15.12.2006 05:47. — Ðåæèì
äîñòóïà:— http://www.overclockers.ru/hardnews/24205/AMD—o perspektivah mnogoya-
dernosti.html.
39. AMD Accelerated Processing Units/AMD. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà: —
http://www.amd.com/us/products/technologies/apu/ Pages/apu.aspx
40. Áîðåñêîâ À.Â., Õàðëàìîâ À.À. Îñíîâû ðàáîòû ñ òåõíîëîãèåé CUDA. — Ì. : ÄÌÊ
Ïðåññ, 2010. — 232 ñ.
41. The Intel Xeon Phi Coprocessor: Parallel Processing, Unparalleled Discovery / Intel.
[Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.intel.com/content/www/us/en/
high-performance-computing/high-performance-xeon-phi-coprocessor-brief.html.
42. TOP500 Supercomputer sites. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.
top500.org
43. FPGA Boards and Systems. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Last Update: 07/09/2013 — Ðåæèì
äîñòóïà: — http://www.fpga-faq.com/ FPGA_Boards.shtml.
44. Áîðåñêîâ À.Â. è äð. Ïàðàëëåëüíûå âû÷èñëåíèÿ íà GPU. Àðõèòåêòóðà è ïðîãðàììíàÿ
ìîäåëü CUDA. — Ì. : Èçä-âî Ìîñêîâñêîãî óíèâåðñèòåòà, 2012. — 336 ñ.
45. Xilinx. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà:— http://www.xilinx.com.
46. Altera. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà:— http://www.altera.com.
47. Intel Quickpath Interconnect Maximizes Multi-Core Performance / Intel. [Ýëåêòðîííûé ðå-
ñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.intel.com/content/www/us/en/io/quickpath-tech-
nology/quickpath-technology-general.html
Ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëèòåëè. Àíàëèòè÷åñêèé îáçîð
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2013. Ò. 35. ¹ 4 71
48. AMD HyperTransport Technology / AMD. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: —
http: //www.amd.com/us/products/technologies/hypertransport-technology/Pages/hypertrans-
port-technology.aspx.
49. Akella S., Wake H.E., Davis J. P., Buell D.A. Porting EDIF Netlists to the Viva Environment
for Integrated Custom Computing Applications / MAPLD-2003: Military Applications of
Programmable Logic Devices [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: — http://
citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.134.1956&rep=repl&type=pdf.
50. FHPCA. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà:— http://www.fhpca.org.
51. OpenÑores. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.opencores.org.
52. Convey Computer. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.convey-
computer.com.
53. Bakos J.D. High-Performance Heterogeneous Computing with the Convey HC-1 // Comput-
ing in Science and Engineering. — 2010. — Vol. 12, ¹. 6. — Ð. 80—87.
54. The open standard for parallel programming of heterogeneous systems / Khronos group.
[Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.khronos.org/opencl/.
55. Munshi A., Gaster B., Mattson T., Fung J. OpenCL Programming Guide. — Boston: Addi-
son Wesley Professional, 2011. — 603 p.
56. Implementing FPGA Design with the OpenCL Standard / Altera Corporation. [Ýëåêòðîí-
íûé ðåñóðñ]. — WP-01173-1.0, November 2011. — Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.
altera.com/literature/wp/ wp-01173-opencl.pdf.
57. Ãèëüãóðò Ñ. ß. Î ïðèìåíåíèè ñòàíäàðòà OpenCL äëÿ ñîçäàíèÿ ðåêîíôèãóðèðóåìûõ
óñòðîéñòâ íà áàçå ÏËÈÑ // Çá. íàóê. ïð. ²ÏÌÅ ÍÀÍ Óêðà¿íè. — 2012. — Âèï. 62. —
Ñ. 3—11.
58. Ëàâðåíòüåâà Í. Ðîññèÿ è Åâðîñîþç ñäåëàþò ñóïåðêîìïüþòåðû áûñòðåå è ýôôåêòèâíåå
[Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ].— Ðåæèì äîñòóïà: — http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?
2011/03/ 18/432521/.
59. Mutke E.M. Putting Personality into High Performance Computing // Fr��uhjahrstreffen des
ZKI-Arbeitskreises. — «Supercomputing». 19—20 Mai 2011. — DESY, Zeuthen.
Ïîñòóïèëà 03.07.13
ÃÈËÜÃÓÐÒ Ñåðãåé ßêîâëåâè÷, êàíä. òåõí. íàóê, ñò. íàó÷. ñîòð. Èí-òà ïðîáëåì ìîäåëèðîâàíèÿ
â ýíåðãåòèêå èì. Ã.Å. Ïóõîâà ÍÀÍ Óêðàèíû.  1986 ã. îêîí÷èë Êèåâñêèé èí-ò èíæåíåðîâ
ãðàæäàíñêîé àâèàöèè. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ðåêîíôèãóðèðóåìûå âû÷èñëåíèÿ è
ïðîöåññîðû ñ ãèáêîé àðõèòåêòóðîé.
Ñ.ß. Ãèëüãóðò
72 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2013. V. 35. ¹ 4
|