Floating Point Arithmetic for Transport Triggered Architectures

Abstract

Laskentajärjestelmiin kohdistuu usein suorituskyky- ja virrankulutusvaatimuksia, joita ei pystytä saavuttamaan yleiskäyttöisellä prosessorilla. Toistaalta laitteistokiihdyttimien suunnittelu voi vaatia kohtuuttoman paljon työaikaa. Ongelmaa voidaan lähestyä käyttämällä sovellusta varten räätälöityä sovelluskohtaista käskykantaprosessoria (Application-Specific Instruction set Processor, ASIP), joka on kuitenkin ohjelmoitava. Prosessorin räätälöinnin täytyy olla pitkälle automatisoitua säästääkseen kustannuksia. TTA-based Codesign Environment (TCE) on siirtoliipaistuun prosessoriarkkitehtuuriin (Transport Triggered Architecture, TTA) perustuva ASIP-kehitysympäristö. TTA on arkkitehtuurina helposti räätälöitävä ja joustaa pienistä ytimistä suuritehoisiin pitkän käskysanan suorittimiin. Useat tieteellisen laskennan ja signaalinkäsittelyn sovellukset, joissa TTA:n skaalautuvuudesta ja käskytason rinnakkaisuudesta olisi erityistä hyötyä, vaativat tuen laitteistokiihdytetylle liukulukulaskennalle. Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin TCE-projektia varten sarja liukulukuyksiköitä. Yksiköiden suunnittelussa pyrittiin alustariippumattomuuteen sekä korkeaan suorituskykyyn Field Programmable Gate Array alustoilla (FPGA) jopa tinkimällä tuetusta liukulukustandardista. Yksiköt sisältävät työkalut puolen tarkkuuden liukulukulaskentaan. Lisäksi työssä esitetään erikoiskäskyihin perustuvat nopeat algoritmit liukulukujakolaskun ja -neliöjuuren laskentaan. Yksiköiden toiminta varmistettiin automaattisella rekisterisiirtotason (Register Transfer Level, RTL) testipenkillä. Vertailussa Altera Stratix-II-FPGA:lla yksiköt pääsivät lähelle Alteran omien liukulukuyksiköiden suorituskykyä. Uudemmalla Xilinx Virtex-6-FPGA:lla korkein mahdollinen suorituskyky vaatisi tiheämpää liukuhihnoitusta.