基于Amdahl定律的异构多核密码处理器能效模型研究

边缘计算安全的资源受限特征及各种新型密码技术的应用,对多核密码处理器的高能效、异构性提出需求,但当前尚缺乏相关的异构多核能效模型研究.本文基于扩展Amdahl定律,引入密码串并特征、异构多核结构、数据准备时间、动态电压频率调节等因素,将核划分空闲、活跃状态,建立异构多核密码处理器的能效模型.MATLAB仿真结果表明,数据准备时间占比小于10%时,对能效的负面影响大幅下降;固定电压,频率缩放会影响能效值大小;处理器核空闲/活跃能耗比例越小,能效值越大.架构上,固定异构核,同构核数量与密码任务最大并行度相等时能效值最大,最佳异构核数可由模型变化参数仿真得到;多任务调度执行上,流水与并发执行有利于能效值的进一步提升.多核密码处理器芯片板级测试结果表明,仿真结果与实测数据相关系数接近1,芯片实测的数据准备时间、电压频率缩放等因素的影响与仿真分析基本一致,验证了所提能效模型的有效性.该文重点从影响能效变化趋势因素上,为多核密码处理器异构、高能效设计提供一定的理论分析基础与建议.

Amdahl定律在层次化片上多核处理器中的扩展

层次化片上多核处理器以紧耦合的多个核构成超节点,对访存和片上通信的局部性有良好支撑,能有效地缓解片上多核中数据通信带来的通信开销.在关于多核处理器的Amdahl开销/性能模型已有的研究基础上,引入片上数据通信延迟作为Amdahl任务计算开销的新元素,构建了层次化片上多核处理器的Amdahl加速比扩展模型.基于该扩展模型,就层次化片上多核处理器的加速比与超节点配置的关系问题展开研究.模拟分析发现,要获得良好的加速比性能,层次化片上多核处理器需要在超节点数目与超节点的大小(超节点内核的个数)之间作仔细的权衡;对于给定核数目的层次化片上多核处理器,使系统性能最优的超节点大小往往出现在中间某个值而不是最大或者最小,并且该值随着系统规模的变化会发生相应的变化.

基于Amdahl定律的分组密码并行处理模型研究

为进行分组密码并行处理的理论研究和定量分析,构建了基于Amdahl定律的分组密码并行处理模型.通过引入分组内数据级并行性、分组内指令级并行性、分组间数据级并行性和分组间指令级并行性等并行性,建立了分组密码的多维度并行处理模型,研究了算法参数和并行参数对分组密码处理性能的影响.结果表明,并行比例大的算法其性能提升空间较大,且开发任一并行性都能够提升密码运算性能;但对于具体的应用场景,需要根据算法结构、工作模式等来进行合理的资源配置和并行性开发;该模型能够为分组密码算法的并行处理架构设计、资源配置和并行性开发等提供理论依据和指导原则.

基于Amdahl定律的多核密码处理器性能模型研究

该文构建面向密码应用的多核处理器性能模型,对多核密码处理器设计提供理论支持和有效建议。通过引入密码并行处理特征、数据传输时间、同步时间等因素,建立基于Amdahl定律扩展的多核密码处理器性能模型,基于提出的性能模型,对多核密码处理器设计空间进行搜索。模拟分析表明,影响多核密码处理器性能的关键因素是密码应用的可开发并行度、并行部分所占比例以及运算过程的通信次数。

基于Amdahl定律扩展的多核处理器性能模型研究

通过引入应用程序并行特征、通信开销、资源限制等因素,建立了基于Amdahl定律扩展的多核处理器性能模型.通过模型参数仿真,搜索面向特定应用的多核处理器设计空间,得出如下规律:增大计算核心规模可实现超线性加速比;结构应优先选择异构结构;设计多进程、大容量的共享通信区可降低核间通信开销;计算核心数目和规模由应用程序并行度和各并行部分比例及设计规模决定.

应用Amdahl定律对多核处理器性能的分析

随着技术的发展,多核心处理器已成为现今处理器发展的潮流。提高处理器性能的方法有许多,其中主要有提高频率与增加核心数量等。提高频率在现有条件下已经比较困难且不经济,增加核心数量之路又能走多远。加速比是衡量系统性能提升的一个重要指标,Amdahl定律便是其中之一。在Amdahl定律的范围内(且不考虑包括通讯开销等在内的并行开销),通过对单一核心提高频率和增加核心数量两个方面的讨论可以得出:在可并行执行部分的执行时间占总执行时间的比例f=0.5时,提高单一核心频率与增加核心所得加速比相同;当f<0.5时,提高单一核心频率可比增加核心数量获得更大加速比;当f>0.5时,增加核心数量获得的加速比更大些。因此,在核心数量增加到一定程度时,通过提高单一核心的频率可获得更高加速比,也可能是更经济有效的方案。

IP路由查找算法研究概述

本文对现有典型IP路由查找算法进行了介绍,并对其特点进行了分析,提出利用路由表信息分布特征等作为约束条件,运用Amdahl定律考虑新算法的设计和优化、结合新一代网络交换单元系统结构等进行进一步研究的方法和思路,并进行了总结和展望。

面向分组密码的四维度并行处理架构研究

通过对分组密码算法加密特征的分析,将分组密码算法的并行性划分为分组内同操作并行性、分组内异操作并行性、分组间同操作并行性和分组间异操作并行性等四维度并行性,并根据此提出了基于Amdahl定律的分组密码四维度并行处理模型FDPM.该模型能够指导分组密码处理架构设计,为架构资源配置和并行性开发提供整体建议.以FDPM为依据,提出了一种面向分组密码的可重构流处理架构RCSA,该架构能够有效开发分组密码处理的并行性,在提高密码处理性能的同时也能提高资源利用率.通过算法映射结果分析,证明了FDPM模型的正确性与RCSA架构的高效性.

RISC-V向量指令集的Yolov3移植优化

为研究SIMD在嵌入式领域中对处理器性能的提升效果,选择一种并行化程度较高的图像处理算法Yolov3进行SIMD向量化移植。根据开源指令集RISC-V扩展指令集中的V(Vector)指令集修改Yolov3算法的代码,将其部署到优矽科技自研的WH64处理器的VPU(Vector Processor Unit)中验证;结合Amdahl定律和Yolov3自测程序评估SIMD算法提升的性能。实验结果表明,在Xilinx的Kintex7板上以50 MHz主频运行,在向量化算法占比90%以上时,SIMD处理过后的代码程序达到了标量计算2.25x的加速比。

TI:更关注源自芯片之外的创新

最近，与TI（德州仪器）首席战略科学家方进（Gene Frantz）面对面的对话中，让我再次感受到，最让TI感到振奋的是客户利用TI的产品开发出创新性的、并让TI无法预测到的新应用领域。