瑞薩科技公司（Renesas Technology Corp.）今天宣布，已開發(fā)出一種適用于圖像和音頻多媒體數(shù)據(jù)處理的基于矩陣架構(gòu)的大規(guī)模平行處理器。

這款創(chuàng)新配置的處理器是一個大規(guī)模平行可編程的器件*1，具有緊湊的2,048個處理單元和1Mb SRAM，它可以在200MHz的時鐘頻率下實現(xiàn)40GOPS（每秒運行10億次）的性能。

瑞薩科技的研究人員在于2月5日開始在舊金山舉行的2006年IEEE國際固態(tài)電路會議（ISSCC）上披露了該器件的細節(jié)。

圖像和音頻多媒體數(shù)據(jù)處理能力對數(shù)字家電和其他電子產(chǎn)品至關(guān)重要，其中包括諸如快速傅立葉變換、卷積和絕對值差分運算求和相結(jié)合的復雜運算。迄今為止，對這些運算的處理通常是使用硬連接邏輯電路或?qū)ｉT用于數(shù)字信號處理的DSP（數(shù)字信號處理器）。然而，最近諸如圖像應用的像素數(shù)迅速增加的多媒體應用的戲劇性進展，增加了改善多媒體數(shù)據(jù)處理性能的需求。與此同時，為了簡化對各種多媒體數(shù)據(jù)標準的支持，利用可編程器件實現(xiàn)這種處理的需求也在日益增長。

改善處理性能的一種方式是通過使用更精細的半導體工藝來提高工作頻率。然而，在繼續(xù)保持更低功耗的同時獲得性能方面的重要改善，并利用傳統(tǒng)的DSP和類似的架構(gòu)實現(xiàn)所需的性能是很困難的。雖然粗粒度MIMD（多指令多數(shù)據(jù)）處理器已經(jīng)發(fā)布，它可作為一種提高處理性能的架構(gòu)，不過它也存在降低功耗的問題。

為了解決這些問題，瑞薩科技利用源于DSP或MIMD類型處理器的一種獨特的存儲器技術(shù)開發(fā)了一種矩陣型處理器。

這種新型處理器是細粒度SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）類型的大規(guī)模平行可編程器件，它具有以下的結(jié)構(gòu)特點。

1.    基本配置：2位處理單元（PE）和作為專用數(shù)據(jù)寄存器的512位SRAM
2.    2,048個PE和總共1Mb的SRAM，以及與PE之間的緊密連接

這種處理器提高性能的關(guān)鍵在于如何有效地使處理單元獨立工作。同時，布局和處理單元及數(shù)據(jù)寄存器的連接是降低占板面積和功耗的重要因素。

這些問題是通過以下技術(shù)解決的。

(1)    數(shù)據(jù)寄存器與PE之間的連接，以及PE之間的互連
1.    H通道(水平通道)連接的PE
這是執(zhí)行處理單元和數(shù)據(jù)寄存器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€連接路徑，包括運行的基本路徑。在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的數(shù)據(jù)傳輸不會產(chǎn)生相互的干擾。

2.    V通道(垂直通道)連接的PE
這是執(zhí)行PE之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€連接路徑。V通道可以在一個固定的距離內(nèi)執(zhí)行PE之間的平行數(shù)據(jù)傳輸，這個傳輸路徑有助于利用數(shù)字信號處理運算有效地進行基本的蝴蝶計算*2。
H通道和V通道可以實現(xiàn)200MHz運行條件下816Gbps（每秒千兆位）的高傳輸速度。

(2)    PE電路配置
標準SIMD處理器存在的一個問題是其對執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移無能為力。這種處理器在2位PE電路配置中采用了一種特殊的技術(shù)。每個PE有一個稱為V標記的1位寄存器（有效標記），無論是H通道還是V通道的數(shù)據(jù)傳輸，或者是PE本身的運算，都要執(zhí)行選擇。利用這種方法，就可以在每個時鐘周期執(zhí)行一次條件轉(zhuǎn)移，非常有助于加速蝴蝶計算。

(3)    雙排復合的讀-改-寫運算SRAM電路
基本上，一個PE有2個輸入和1個輸出。因此，3端口數(shù)據(jù)寄存器必須使一個PE持續(xù)不斷地運行，不過，為了實現(xiàn)這個功能，可以使用以下配置的單端口SRAM。
1.    SRAM為雙排內(nèi)存組成。從這2個內(nèi)存分別地讀取2個輸入數(shù)據(jù)。
2.    輸出數(shù)據(jù)同時重寫到用于讀取的數(shù)據(jù)上，這個重寫是通過一個存儲器的讀-改-寫運算方法實現(xiàn)的。
因此，從讀到計算，再到寫的順序可以在一個時鐘周期內(nèi)完成，而且數(shù)據(jù)寄存器得以在一個小占板面積中實現(xiàn)。