基于CRS交叉開關(guān)陣列的單指令多數(shù)據(jù)流計(jì)算結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、由于內(nèi)存與處理器技術(shù)發(fā)展不同步，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)在處理速度上面臨“存儲(chǔ)墻”的限制。解決存儲(chǔ)墻的傳統(tǒng)方法以內(nèi)存中計(jì)算(PIM)為代表。PIM的主要思想是將內(nèi)存與多個(gè)微處理器集成在同一芯片中，不僅能提高內(nèi)存的讀寫速度，同時(shí)通過多個(gè)微處理器并行處理提高處理效率。但是PIM的應(yīng)用受制于芯片的面積、功耗等因素。憶阻器的出現(xiàn)給PIM技術(shù)帶來了新的發(fā)展方向。憶阻器具有面積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，兼具存儲(chǔ)和計(jì)算的功能。由于更多的憶阻存儲(chǔ)單元能夠被放置單位面積的芯片

2、上，這種新型存儲(chǔ)和計(jì)算技術(shù)為PIM數(shù)據(jù)處理規(guī)模和數(shù)據(jù)處理并行性的極大提高帶來了可能。
　　基于此，本文提出了一種基于互補(bǔ)阻性開關(guān)(CRS)憶阻器交叉開關(guān)陣列的單指令多數(shù)據(jù)流(SIMD)計(jì)算結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的微處理器和內(nèi)存分離的常規(guī)設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的CRS交叉開關(guān)陣列兼具存儲(chǔ)和運(yùn)算的功能。這不僅能夠減少芯片的面積和功耗開銷，而且還能夠節(jié)省微處理器與內(nèi)存信息交互的時(shí)間，突破了“存儲(chǔ)墻”的限制。
　　為了驗(yàn)證提出

3、結(jié)構(gòu)的有效性，本文還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的布爾型線性方程組求解算法。在工程領(lǐng)域，布爾型線性方程組的求解有著廣泛的應(yīng)用。本文基于CRS交叉陣列單元的存儲(chǔ)和邏輯運(yùn)算特性，設(shè)計(jì)出了求解布爾型線性方程組的矩陣高斯-約旦消元法。這種算法是由對(duì)CRS的交叉陣列結(jié)構(gòu)的一系列讀寫操作來完成。本文還給出了新型高斯-約旦消元法在CRS交叉開關(guān)陣列上的實(shí)現(xiàn)方法。
　　本文通過PSpice仿真驗(yàn)證了算法過程中運(yùn)算的邏輯正確性，并通過gpnocsim軟件仿真得出系統(tǒng)