高スループット可変構造形SIMDアーキテクチャに関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12780230
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 佐野 雅彦 徳島大学, 総合情報処理センター, 講師 (00274259)
• Keywords: SIMDアーキテクチャ / 可変アーキテクチャ / FPGA / 遺伝アルゴリズム / 専用アーキテクチャ

Research Abstract

本研究は,価格性能比に優れた汎用性を持つ専用ハードウエアの構築と評価を目標として,配線処理方式や遺伝的アルゴリズムなどの非定型な部分を含むアプリケーションの並列処理を対象としたSIMDアーキテクチャの研究である.FPGA(Filed Programmable Gate Array)の可変構造特性に着目した,核となる基本アーキテクチャと各アプリケーションに応じた拡張アーキテクチャにより階層化設計されたSIMD型並列処理アーキテクチャの有効性を,FPGAによるプロトタイプの試作により検証することを目的とする.
基本アーキテクチャについて検討評価を行った結果,SIMDアーキテクチャを構成要素の一部であるPE(プロセッサ要素)は4段パイプライン方式のRISC形アーキテクチャとし,多くの工夫を加えることで,ハードウエアを簡略化した.拡張アーキテクチャ部には,遺伝アルゴリズムを適用例として,遺伝アルゴリズムに典型的な処理である,交差演算,突然変異演算および評価演算を処理するための専用処理ロジックを設けた.これらをC言語によるシミュレーションを行い,命令レベルでの効果を検証した.このシミュレーション結果を踏まえ,16ビット型PEをハードウエア記述言語VHDLでデザインした.このデザインには,上記RISCコアおよび遺伝アルゴリズム処理する各専用回路および通信回路等が含まれている.このデザインをXILINX社製FPGA上に実装し,論理レベルシミュレーションによる評価の結果,良好な結果が得られた.なお,制御プロセッサおよびプロセッサ間ネットワーク部は詳細設計中である.
プロトタイプシステム構築のためのテストベッド回路は,FPGA試作用基盤をベースに,ホストI/F部分,メモリ回路部分およびこれら周辺回路で構成されるものを設計中である.平成13年度では,CPのVHDLによる評価とテストベッドの実装およびテストベッド上での動作評価を行う予定である.