Методи та засоби автоматизації конфігурування апаратних прискорювачів обчислень в комп’ютерах

Abstract

Дисертація присвячена розробленню методів і засобів автоматизації конфігурування апаратних прискорювачів обчислень в комп’ютерах, а також їх реалізації та оцінці ефективності застосування. Розроблено принципи структурної організації і функціонування засобів автоматизації конфігурування апаратних прискорювачів обчислень в комп’ютерах. Запропоновано реалізацію методу автоматичного конфігурування апаратних прискорювачів, розроблено структуру і принципи організації функціонування відповідних засобів. Сформовано вимоги до складових частин засобів автоматизації конфігурування апаратних прискорювачів. Проведено дослідження і розроблення системи розподілу обчислювального навантаження між комп’ютером і прискорювачем. Розроблено методику та принципи її функціонування, структуру, здійснено її програмну реалізацію. Проаналізовано особливості організації функціонування та застосування існуючих типів засобів генерування програмних моделей спеціалізованих процесорів та досліджено їх відповідність сформованим вимогам до системи генерування. Розроблено структуру системи генерування, методику її застосування, здійснено її програмну реалізацію. Проведено експериментальні дослідження та виконано автоматичний розподіл тестової програми. На основі аналізу отриманих результатів визначено отримане прискорення виконання цієї програми в комп’ютері з апаратним прискорювачем. Диссертация посвящена разработке методов и средств автоматизации конфигурирования аппаратных ускорителей вычислений в компьютерах, а также их реализации и оценке эффективности применения. Разработаны принципы структурной организации и функционирования средств автоматизации конфигурирования аппаратных ускорителей вычислений в компьютерах. Предложена реализация метода автоматического конфигурирования аппаратных ускорителей, выделены составные части, разработана структура и принципы организации функционирования соответствующих средств. Сформированы требования к составным частям средств автоматизации конфигурирования аппаратных ускорителей – системы распределения вычислительной нагрузки, системы генерирования программных моделей специализированных процессоров, средств логического синтеза процессоров и конфигурирования ПЛИС, а также к драйверу ускорителя и его реконфигурируемой среде. Проведены исследования и разработка системы распределения вычислительной нагрузки между компьютером и ускорителем. Обоснован выбор региона как оптимального типа фрагмента программы при распределении вычислительной нагрузки. Разработан метод распределения вычислительной нагрузки и принципы функционирования системы распределения вычислительной нагрузки на основе этого метода, разработана ее структура и осуществлена ее программная реализация. Проведены исследования и разработка принципов построения и программных средств системы генерирования программных моделей специализированных процессоров. Проанализированы особенности организации функционирования и применения существующих типов средств генерирования – на основе конфигурируемых программных моделей процессоров, на основе библиотек программных моделей процессоров и процессорных компонент, а также систем автоматизированного проектирования программных моделей процессоров с языка высокого уровня. Исследовано соответствие этих средств сформированным требованиям к системе генерирования программных моделей специализированных процессоров. Проведен сравнительный анализ этих средств и обоснован выбор генератора на основе библиотеки программных моделей процессорных компонент для построения системы генерирования. Разработана структура системы генерирования, методика ее применения, осуществлена ее программная реализация. Проведены экспериментальные исследования работы программных средств автоматизации конфигурирования аппаратных ускорителей. Осуществлена установка и настройка системы распределения вычислительной нагрузки, выполнено автоматическое распределение тестовой программы и на основе анализа результатов распределения этой программы определено ускорение ее выполнения на компьютере с аппаратным ускорителем. Thesis is dedicated to development of the hardware accelerators automation configuring methods and means, their implementation and estimation of their application efficiency. The principles of the structure organization and operation of the hardware accelerators automation configuring means are developed. An implementation for the hardware accelerators automatic configuring method is proposed, a structure and principles of operation of the corresponding means are developed. Requirements for the components of the hardware accelerators automatic configuring means are formed. An investigation and development of means for computational load distribution between the computer and accelerator are performed. A method of computational load distribution, principles of operation and structure of the system are developed, its software implementation is done. Operational and application features of the existing types of the specialized processors IP-cores generators are analyzed, and investigation of their compatibility with the formed requirements to the specialized processors IP-cores automatic generation system is done. The structure of the generation system and method of its employment are developed, its software implementation is done. As an experimental research, an automatic distribution of the test program is performed. Based on analysis of the research outcomes, achieved acceleration of this program execution is determined.