多核研究方向简介

多核技术是指将多个处理器核集成在单芯片上的技术。多个处理器核之间通过共享存储器、共享总线、片上网络等方式进行通讯，共同完成一项任务。由于多个执行内核可以进行并行运算，显著的提高整体计算性能。每个内核的主频可以比以前低，因而总体的功耗增加不会太大。正是由于多核技术在高性能、低功耗方面展现出了其强大的优势，成为了学术界和工业界研究的热点。

微电子设计研究所自2003年起开始对多核系统的研究，是国内最早研究多核技术的单位之一，在此方向上已获得国家自然科学基金项目4项、博士点青年基金和安徽省自然科学基金各2项，以及国家部委资助项目2项，并参与了863计划等多项国家项目。

目前，有3名具备高级职称的教师从事多核方面的研究工作，主要研究方向包括：面向高密度计算的异构/同构型多核SoC体系架构探索、高速和高弹性片上网络实现与评测技术、高性能硬件加速器技术、高性能通用可重构运算资源实现技术、多核SoC硬件实现及快速验证技术、以及基于多核SoC的任务调度技术。同时开展了3D架构下多核SoC中关键技术的研究。

微电子设计研究所设计实现多种不同类型同构/异构多核SoC系统原型设计和应用实例演示系统的开发。硬件原型实现的通讯网络结构涵盖了层次化总线结构、全互连结构、二维网格结构、层次化阵列结构、以及上述结构的混合结构等。原型集成的处理器核数则包括4核、6核、8核、16核和32核等。

硬件原型拥有接近真实芯片的运行速度，在体系结构探索评估和优化方面具有比系统模型快几个数量级的速度优势，可以更好地支持软件编程模型研究和应用程序加载实验。在存储结构方面，上述原型已分别对UMA（Uniform Memory Access，均匀存储访问）模型、NUMA（Non Uniform Memory Access，非均匀存储访问）模型、及NORMA（No-Remote Memory Access，非远程存储访问）模型进行了实现。

通过在硬件原型上加载多种类型的应用程序，开展了多核结构优化研究。这些应用包括以矩阵连乘、大矩阵求逆、FFT、DCT等为代表的DSP运算，以JPEG解码、MP3、MPEG2/4、H.264视频解码运算为目标的流媒体操作，以及空间谱估计测向和高精度成像处理等为代表计算密集和数据密集的二维空间信号处理。通过应用程序的加载，上述原型对存储共享和消息传递等多种编程模型都进行了实践探索，并取得了诸多有价值的参考结论。

下图是微电子所与南京大学微电子设计研究所合作完成的层次化结构12核流媒体多核处理器原型系统的实拍图，该同构型多核SoC使用12个通用处理器完成4路视频的淡入和淡出处理，其中FPGA芯片选型Xilinx的V5 LX330T。

目前，微电子所正在研发集成可重构节点的异构多核处理器原型系统，该系统中单片多核SoC集成4类共计22个处理核，包括专用加速单元、支持管道批量运算的浮点协处理器和通用可重构处理器。