МЕТОД АРХИТЕКТУРНО-НЕЗАВИСИМОГО ВЫСОКОУРОВНЕВОГО СИНТЕЗА СБИС

О.В. Непомнящий; А.И. Легалов; И.Н. Рыженко

О.В. Непомнящий Сибирский федеральный университет
А.И. Легалов Сибирский федеральный университет
И.Н. Рыженко АО КБ “Искра”

Ключевые слова: Параллельные вычисления, поток данных, функциональное программирование, СБИС, высокоуровневый синтез, архитектурно-независимое параллельное программирование

Аннотация

Одним из актуальных направлений развития технологий проектирования сверхболь-ших интегральных схем и вычислительных систем на их основе является высокоуровневый синтез. При описании проекта на верхних уровнях закладываются концепции общесистем-ного взгляда на организацию всего процесса проектирования. Поэтому на первый план вы-ходит развитие маршрутов и технологий, базирующихся на принципах высокоуровневого, архитектурно независимого проектирования, позволяющих осуществлять формирование комплексного подхода к организации всех фаз создания проекта. Требуется создание мето-дов эффективной выработки архитектурных решений для однокристальных систем па-раллельной обработки информационных потоков, не зависящих от конечной формы реали-зации. Необходима разработка инструментальных средств, обеспечивающих эффектив-ный перенос архитектурно-независимого, высокоуровневого описания решаемых приклад-ных задач на целевую платформу. Авторами предложен новый метод синтеза проекта. Метод базируется на функционально-потоковой парадигме параллельных вычислений, это позволяет осуществлять архитектурно-независимую разработку алгоритмов функциони-рования СБИС. Предложена модель вычислений, использующая ряд промежуточных структур, а именно управляющий, информационный и HDL-графы. Определены требования к языку функционально – потокового параллельного программирования и, с учетом специ-фики решаемых задач, выбран ФП - язык параллельного программирования «Пифагор». На основании разработанного перечня требований выполнена доработка языка, введены статические типы данных, исключен ряд функций и задержанные вычисления, при форми-ровании списка повторением введены ограничения. Приведено описание ключевых момен-тов в семантике языка, принципов преобразования параллелизма и формирования проме-жуточных представлений при переходе к целевой платформе. Разработан маршрут и ал-горитм высокоуровневого синтеза. Выделены основные требования к созданию архитек-турно-независимых инструментальных средств, реализован программный инструмента-рий и выполнен ряд тестовых проектов.

Литература

1. Nepomnyashchiy O.V., Alekminskiy S.Yu. Problemy verifikatsii proekta pri skvoznom proektirovanii vychislitel'nykh sistem na kristalle [Problems of verification projects computa-tional system on chip], Nano- i mikrosistemnaya tekhnika [Nano- and Microsystem technolo-gy], 2010, No. 9 (122), pp. 4-7.
2. Kiberlinka [CyberLink]. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/formalnaya-verifikatsiya-pri-proektirovanii-sverhbolshih-integralnyh-shem*.
3. Dennis McCain, Tejas M. Bhatt. Matlab as a Development Environment for FPGA Design, Design Automation Conference, Proceedings 42nd – 2005.
4. Bailey B., Martin G., Piziali A. ESL Design and Verification, ESL Des. Verif., 2007, pp. 113-138.
5. Bhasker J. A SystemC Primer. 2nd ed. Star Galaxy Publishing, 2004.
6. Vivado Design Suite User Guide. High-Level Synthesis. UG902 – Xilinx – 2015. Available at: http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2014_4/ug902-vivado-high-level-synthesis.pdf , свободный (accessed 08 May 2018).
7. Ejnioui A., Namballa R., Ranganathan N. Control and data flow graph extraction for high-level synthesis, VLSI Proceedings. IEEE Computer society Annual Symposium on, 2004, pp. 187-192.
8. Alves C., Ferreira P., Ferreira C. Erlang inspired Hardware, International Conference on Field Programmable Logic and Applications, Milano – 2010.
9. Mycroft A., Sharp R. Hardware/software co-design using functional languages, Proceedings of the 7th International Conference on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems (TACAS ’01), 2001, pp. 236-251.
10. Dongarra J., Bosilca G., Bouteiller A., Danalis A., Faverge M., Herault T. PaRSEC: A pro-gramming paradigm exploiting heterogeneity for enhancing scalability, IEEE Computing in Science and Engineering, 2013, Issue 6, Vol. 15, pp. 36-45.
11. Danalis A., Bosilca G., Bouteiller A., Herault T., Dongarra J. PTG: An Abstraction for Un-hindered Parallelism, Proceedings of the Fourth International Workshop on Domain-Specific Languages and High-Level Frameworks for High Performance Computing, 2014, pp. 21-30.
12. Legalov A.I. Funktsional'nyy yazyk dlya sozdaniya arkhitekturno-nezavisimykh parallel'nykh programm [Functional language for creation of architecture-independent parallel programs], Vychislitel'nye tekhnologii [Computation Technologies], 2005, No. 1 (10), pp. 71-89.
13. Bian Jinian, Wu Quang, Wang Yunfeng, Wu Weimin. A hierarchical CDFG as Intermediate Representation for Hardware/Software Codesign, Communications, Circuits and systems and West Sino Expositions, IEEE 2002 International Conference, 2002, Vol. 2, pp. 1429-1432.
14. Levin I.I., Dordopulo A.I., Pisarenko I.V., Mel'nikov A.K. Podkhod k arkhitekturno-nezavisimomu programmirovaniyu vychislitel'nykh sistem na osnove aspektno-orientirovannogo yazyka SET@L [Approach to architecture-independent programming of computer systems in aspect-oriented SET@L language], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2018, No. 3 (197), pp. 46-58.
15. Legalov A.I., Red'kin A.V., Matkovskiy I.V. Funktsional'no-potokovoe parallel'noe programmirovanie pri asinkhronno postupayushchikh dannykh [Functional-stream parallel pro-gramming with asynchronously incoming data], Trudy mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii «Parallel'nye vychislitel'nye tekhnologii (PaVT'2009)» [Proceedings of the interna-tional scientific conference "Parallel computing technologies (Pavt'2009)"]. Nizhniy Nov-gorod, 30 marta – 3 aprelya 2009 g.). Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 2009, pp. 573-578.
16. Legalov A.I. Ispol'zovanie asinkhronno postupayushchikh dannykh v potokovoy modeli vychisleniy [Using asynchronous data in functional data-flow model calculations], Tret'ya sibirskaya shkola-seminar po parallel'nym vychisleniyam: Cb. dokladov [The third Siberian school-seminar on parallel computing: Collection of reports]. Tomsk. Izd-vo Tomskogo un-ta, 2006, pp. 113-120.
17. Narasimhan M., Ramanujam J. A fast approach to computing exact solutions to the resource-constrained scheduling problem, ACM TODAYES, 2001, Vol. 6 (4), pp. 490-500.
18. Amellal S., Kaminska B. Scheduling of a control and data flow graph, IEEE Int. Symp. on Cir-cuits and Systems, 1993, Vol. 3, pp. 1666-1669.
19. Legalov A.I., Vasil'ev V.S., Matkovskiy I.V., Ushakova M.S. Instrumental'naya podderzhka sozdaniya i transformatsii funktsional'no-potokovykh parallel'nykh program [Instrumental support of creating and transformation functional-dataflow parallel programs], Trudy ISP RAN [ISP RAN], 2017, Vol. 29, Issue 5, pp. 165-184.
20. Nepomnyashchiy O.V., Legalov A.I., Ryzhenko I.N. Tekhnologiya arkhitekturno-nezavisimogo, vysokourovnevogo sinteza sverkhbol'shikh integral'nykh skhem [Technology of architec-ture-independent, high-level synthesis of ultra-large integrated circuits], Doklady Akademii nauk vysshey shkoly Rossiyskoy Federatsii [Reports of the Academy of Sciences of the higher school of the Russian Federation], 2014, No. 1 (22), pp. 93-103.