[发明专利]用于SIMD阵列处理机的位串行处理元件

说明书

技术领域

本发明涉及SIMD并行处理，尤其涉及位串行处理元件。

背景技术

采用最高并行化程度的并行处理体系结构是遵循单指令多数据(SIMD)方法并采用最简单可行的处理元件(PE)结构的那些体系结构，其中最简单可行的处理元件是单位运算处理机。尽管每个PE具有非常低的吞吐量，但PE逻辑的简化支持非常大量PE的处理机阵列的构造。非常高的吞吐量是通过将这种大量的PE组合到SIMD处理机阵列中实现的。

位串行SIMD体系结构的变体是其PE作为2-D网格连接的体系结构，其中每个PE与其阵列中紧挨着向北、向南、向东和向西的4个邻居通信。这种2-D结构很好地适于但并不限于处理具有2-d结构的数据，例如图象象素数据。

发明内容

本发明在一方面提供了包括多个处理元件的处理阵列，其中

●响应提供给所有处理元件的指令，每个处理元件同时执行相同的操作；

●每个处理元件配置成对m位的数据值执行算术运算，传递来自每个运算的进位与借位结果中的一个，并接受包括输入到运算中的进位与借位中的一个的信号；

●要传递的进位与借位值的选择是通过在处理元件本地的掩码值对每个处理元件单独执行的。

另一方面，本发明提供了包括多个处理元件的处理阵列，其中

●响应提供给所有处理元件的指令，每个处理元件同时执行相同的操作；

●处理元件互连，以形成2维网格，其中每个处理元件都耦合到其向北、向南、向东和向西的4个最近的邻居；

●每个处理元件都提供配置成保留数据并且响应指定北偏移的指令而在从南邻居接收到数据时将所述数据传送到北邻居及响应指定南偏移的指令而在从北邻居接收到数据时将所述数据传送到南邻居的NS寄存器；

●每个处理元件都提供配置成保留数据并且响应指定东偏移的指令而在从西邻居接收到数据时将所述数据传送到东邻居及响应指定西偏移的指令而在从东邻居接收到数据时将所述数据传送到西邻居的EW寄存器；

●沿东-西和北-南轴中的一个在相反方向上数据的同时偏移是通过分别使用NS和EW寄存器在相反方向上传送并接收数据来执行的。

在另一方面，本发明提供了包括多个处理元件的处理阵列，其中

●每个处理元件都包括适于在单趟中执行m位乘数与n位被乘数相乘的部件，所述趟包括n个循环，每个循环包括将被乘数位加载到被乘数寄存器、将累加器位加载到累加器寄存器、生成部分乘积值及存储计算出的累加器位到存储器；

●所述部分乘积包括m+1位，其最低的一位作为计算出的累加器位传送，而由剩余m位表示的值存储在m位的部分乘积寄存器中；

●所述部分乘积通过将累加器位、注册的部分乘积及被乘数位与m位乘数的m位乘积求和来计算。

本发明实施方式的不同方面和优点的更多细节将在以下描述与附图中一起显示。

附图说明

附图中：

图1是说明示例处理元件(PE)的示意图。

图2是处理元件阵列的图形表示。

图3是说明由处理元件组(PEG)组成的PE阵列的示意图。

图4是PEG的示意图。

图5是SIMD阵列处理机的示意图。

图6是显示PE指令字的组成(命令字段)的表。

图7是当配置为正常运行时处理元件的具体示意图。

图8是显示PE ALU的正常运行的真值表。

图9是显示PE命令定义的表。

图10是显示PE ALU命令定义的表。

图11是显示Bw_cy(借位/进位)信号定义的表。

图12是显示当选择双向偏移时NS和EW命令定义的表。

图13是显示用于双向偏移的信号定义的表。

图14是显示乘法运算过程中操作数数据移动模式的图形说明。

图15是当配置为乘法运算时处理元件的具体示意图。

图16是显示乘法运算过程中AL、BL和D命令定义的表。

图17是显示乘法运算过程中所使用信号定义的表。

图18是使用所公开乘法技术的乘法运算的图形表示。

图19是显示示例乘法运算所需命令序列的表。

具体实施方式