领域架构技术在航空动力控制平台中的应用

为了进一步提高航空动力控制平台的研发效率和产品质量,本文以特定领域软件架构为基础,通过领域分析、领域架构建立和领域架构实现及应用,建立了航空动力控制平台的领域架构。该架构以分层架构、微内核架构和过程控制架构为核心,可提高产品复用度,具有很强的工程实用性。

弱耦合协处理器设计方法研究——以人工智能应用为例

近些年随着人工智能、大数据、元宇宙等应用的蓬勃发展和半导体工艺进步的放缓,软件应用与硬件性能之间出现了巨大的算力鸿沟,通过软硬件协同设计的特定领域架构作为应对方案得到了学术界和工业界的广泛关注和认可.所以针对特定领域应用的核心需求设计专用协处理器,研究专用协处理器的设计方法,对于提高软件应用性能和效率,提升硬件设计效率等问题具有重大意义.本文分析了不同耦合度和不同负载需求的协处理器设计空间,重点研究了弱耦合协处理器的设计方法,包括基于RISC-V定制指令设计协处理器指令架构、弱耦合协处理器在不同应用场景下的控制交互接口、访存接口和设计框架;同时归纳总结了人工智能应用的共性需求和人工智能协处理器研究现状;并给出了两种面向不同人工智能应用场景的弱耦合协处理器设计实例,为提高协处理器设计效率提供了有效支撑.

后摩尔时代Chiplet技术的演进与挑战

摩尔定律发展至今,新制程的研发成本呈指数级增长,片上SoC设计面临诸多问题,异构集成Chiplet提供了一种新的设计方案。分析Chiplet的优势、关键技术及发展趋势。

图神经网络加速结构综述

近年来,新兴的图神经网络因其强大的图学习和推理能力,得到学术界和工业界的广泛关注,被认为是推动人工智能领域迈入“认知智能”阶段的核心力量.图神经网络融合传统图计算和神经网络的执行过程,形成了不规则与规则的计算和访存行为共存的混合执行模式.传统处理器结构设计以及面向图计算和神经网络的加速结构不能同时应对2种对立的执行行为,无法满足图神经网络的加速需求.为解决上述问题,面向图神经网络应用的专用加速结构不断涌现,它们为图神经网络定制计算硬件单元和片上存储层次,优化计算和访存行为,取得了良好的加速效果.以图神经网络执行行为带来的加速结构设计挑战为出发点,从整体结构设计以及计算、片上访存、片外访存层次对该领域的关键优化技术进行详实而系统地分析与介绍.最后还从不同角度对图神经网络加速结构设计的未来方向进行了展望,期望能为该领域的研究人员带来一定的启发.

基于RISC-V的卷积神经网络专用指令集处理器

针对x86和ARM商用架构CPU因专利、授权导致定制成本过高和灵活性不够的问题,面向物联网领域提出一种基于RISC-V开源指令集的卷积神经网络(CNN)专用指令集处理器。通过自定义拓展指令调用加速器对轻量化CNN中的卷积和池化操作进行加速,提高终端设备能效。在此过程中,配置CNN各层信息控制加速器进行分组运算,以适应不同大小的输入数据,同时调整加速器的数据通路,对耗时操作进行单独或结合运算,以适应不同的轻量化网络。FPGA平台验证结果表明,该处理器在100 MHz工作频率下推理Squeeze Net网络,耗时约40.89 ms,功耗为1.966 W,较手机处理器单核计算速度更快,与AMD Ryzen7 3700X、NVIDIA RTX2070 Super和Qualcomm Snapdragon 835平台相比,其消耗资源少、功耗低,在性能功耗比上也具有优势。

集成电路产业技术发展趋势探讨

集成电路产业已成为全球科技竞争的焦点之一。产业链地图上的主要成员均在尝试强链补链,加强自身竞争优势,降低供应链风险。数十年来的集成电路全球化发展趋势发生逆转,进一步增大了需求和供应的不确定性。中国建设自立自强的集成电路产业更加迫切,需要走可持续发展路线,支撑各行业的产业数字化,提升全球竞争力。从技术发展趋势来看,中国要坚持双循环,在先进工艺、先进封装、架构创新等方面进行多路径创新,坚持多样化发展,摆脱路径依赖。

Domain-specific modeling and verification for C4ISR capability requirements

An approach was proposed to specify the C4ISR capability of domain-specific modeling language.To confine the domain modeling within a standard architecture framework,formally a C4ISR capability meta-ontology was defined according to the meta-model of DoD Architecture Framework.The meta-ontology is used for extending UML Profile so that the domain experts can model the C4ISR domains using the C4ISR capability meta-concepts to define a domain-specific modeling language.The domain models can be then checked to guarantee the consistency and completeness through converting the UML models into the Description Logic ontology and making use of inference engine Pellet to verify the ontology.

DSSA在智能手机Message开发过程中的应用研究

为了优化手机软件的开发过程,结合实践经验,以Message系统开发为例,采用领域分析、领域设计和领域实现的步骤,讨论了特定领域软件架构(DSSA)。在Message项目开发过程中,收集可复用的手机软件领域的构件,增加手机软件构件库的内容,并产生新的手机软件构件;使用Java语言,在Ubuntu Linux平台下成功开发。结果证明,采用DSSA架构方法能够明显缩短开发周期,节约成本。系统尚存在一些不足,比如构件的可复用性不高等等,有待进一步改进。

计算体系架构研究综述与思考

随着摩尔定律(Moore's law)与迪纳德(Dennard)缩放定律逐步走向终结,依靠集成电路制程工艺的进步提升计算系统性能与效能越来越困难,计算体系架构的演进成为了未来计算系统发展的重要技术途径.本文首先从应用适应性、计算驱动方式、系统重心变化、计算核心构成,以及计算逻辑使用等不同的角度回顾了体系架构的发展历程,总结了不同体系架构的优缺点;然后着重分析了在人工智能、大数据等应用飞速发展的条件下未来计算系统的能力需求特征;最后提出了软件定义计算体系架构,并梳理了其重点研究内容与关键技术,为未来计算体系架构的发展提供了一条可行的技术途径.

装备模糊需求捕获与分析流程设计及方法体系构建研究

现代装备型号的性能日趋先进、构成日趋复杂、费用日趋昂贵,需求上的任何偏差都会给装备型号发展建设带来重要影响,军事需求牵引成为装备体系建设的必循之规。本文以对国内外需求捕获与分析方法、工具进行的分析为基础,围绕需求捕获与分析过程的不同阶段任务需求与目标,结合领域体系架构框架,构建形成了一套装备需求捕获与分析流程及方法体系,为解决模糊需求获取与分析提供系统科学的解决途径。

可重构计算:软件可定义的计算引擎

随着科技快速进步,新兴应用不断涌现.无法响应软件变化的芯片,如专用集成电路(application-specific integrated circuit, ASIC),将因为生命周期过短,面临一次性工程成本(non-recurring engineering,NRE)过高的难题.与此同时,随着摩尔定律(Moore’s law)和迪纳徳定律(Dennard scaling)走向终结,未来集成电路工艺更新带来的能效收益越来越小,通用处理器可实现的计算能力被芯片功耗约束.近几年兴起的领域定制加速器(domain-specific accelerator, DSA)通过针对特定应用领域的计算模式,定制芯片架构,以期兼顾能量效率和特定领域内的灵活性.但目前DSA面向硬件定制软件,这导致软件生态碎片化,程序员学习成本增大.未来芯片设计需要兼顾灵活性、能量效率和可编程性.软件定义芯片(software-defined chip, SDC)在这一需求下成为了研究热点.可重构芯片通过融合处理器的高灵活性、ASIC的高能效,并通过重构提供了在运行时根据软件定制芯片架构的能力,是当前SDC的研究热点.本文首先回顾SDC的研究动机,然后分析可重构芯片如何满足SDC的需求,之后探讨当前可重构芯片面临的挑战,最后阐述为了实现SDC,可重构芯片未来的发展方向.