性能驱动可编程自重构图形处理器体系结构研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61602377
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0204.计算机系统结构与硬件技术
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The current GPUs (graphics processing unit) which are utilized in different applications are developed rapidly in the direction of high performance and multiple API compatibility. Many rendering algorithms with different efficiency provide high flexibility for graphics processing, so how to obtain the optimal performance according to the actual requirements is one of the bottleneck problems of graphics processor design. This project aims to establish a programmable and self-reconfigurable architecture of GPU which can obtain the optimal performance by switching the rendering algorithms fast. The research includes the following subjects: 1) to establish a performance evaluation model which takes into account the relationship comprehensively between graphics rendering factors and drawing efficiency, providing the basis for real-time self-reconfiguration of graphics hardware; 2) to establish a self-reconfiguration mechanism based on H-tree, which sends reconfigurable information through the hierarchical configuration network in a flexible control form of call instruction, and completes the reconfiguration process efficiently; 3) under the combination of performance evaluation model and reconfiguration process, establishing a two-dimensional array architecture of GPU with massive homogeneous thin-core processing elements connected locally, which realizes self-reconfiguration and programmability of computing resources by utilizing distributed instruction memory and adjacent addressing mode, and supports high efficiency array computing of coarse-grained data and coarse-grained operations. The performance-driven self-reconfigurable array processor architecture researched by this project not only can accomplish high-performance graphics rendering, but also will explore some ideas for breaking through the development bottlenecks of traditional computing architecture.
当前面向不同应用的图形处理器正朝着高性能、多种API兼容的方向迅速发展,众多效率不一的图形渲染算法使图形处理具有高度灵活性,如何根据实际需求动态获取最优性能是图形处理器设计面临的瓶颈问题之一。本项目旨在建立一种通过自主快速切换图形渲染算法获取最优性能的可编程自重构体系结构,具体包括:1)建立综合权衡图形渲染要素与渲染效率之间制约关系的性能评价模型,为图形硬件的实时自主重构提供依据;2)建立基于H-Tree的自主重构机制,通过层次化配置网络以调用指令的形式发送重构信息,实现重构过程的高效完成;3)将性能评价模型与重构过程相结合,建立基于同构轻核处理元邻接互连的图形阵列处理器,采用分布式指令存储与指令邻接寻址方式实现计算资源的可编程与自重构,支持数据粗粒度与操作粗粒度的高效阵列计算。本课题研究的性能驱动自重构阵列处理器架构不仅可以高效完成图形渲染,还将为突破传统计算架构的发展瓶颈提供一些思路。

结项摘要

随着高质量实时图形渲染需求的不断提升,面向不同应用的图形处理器正朝着高性能、多种API兼容的方向迅速发展,众多效率不一的图形渲染算法使图形处理具有高度灵活性,如何根据实际需求动态获取最优性能是图形处理器设计面临的瓶颈问题之一。牧村曲线表明兼顾生产标准化与应用定制化的可重构计算是体系结构的重要发展方向。本项目建立了一种通过自主快速切换图形渲染算法获取最优性能的可编程自重构体系结构。首先建立了图形渲染要素与渲染效率之间制约关系的性能评价模型,为图形硬件的实时自主重构提供依据;其次研究了基于H-Tree的重构机制HRM,通过层次化配置网络以调用指令的形式发送重构信息,实现重构过程的高效完成;进而将性能评价模型与重构过程相结合,建立基于同构轻核处理元邻接互连的图形阵列处理器PSRGPU,采用分布式指令存储与指令邻接寻址方式实现计算资源的可编程与自重构,支持数据粗粒度与操作粗粒度的高效阵列计算;最后在Xilinx的XC6VLX550T开发板上完成PSRGPU的原型系统,电路规模约527万门,编程与重构模式下的工作频率为127.75MHz和214.63MHz,可同时实现数据密集型和控制密集型操作,兼顾计算的高效性和灵活性。项目研究成果可为同类设计提供一定的借鉴与参考。

项目成果

期刊论文数量(33)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(5)
专利数量(8)
High performance architecture for unified forward and inverse transform of HEVC
用于 HEVC 统一正向和反向变换的高性能架构
  • DOI:
    10.1016/s1005-8885(17)60207-3
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jiang Lin;Wang Xingjun;Wu Xin;Deng Junyong;Huang Xingjie
  • 通讯作者:
    Huang Xingjie
基于边缘检测的3D-HEVC深度图运动估计算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢晓燕;辛晓斐;朱筠;王飞龙;刘阳
  • 通讯作者:
    刘阳
视觉阵列处理器超越函数加速单元设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    西安电子科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    山蕊;李涛;蒋林;邓军勇;杨博文;沈绪榜
  • 通讯作者:
    沈绪榜
可重构视频阵列处理器测试平台设计与实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋林;贺飞龙;山蕊;王帅;吴皓月;武鑫
  • 通讯作者:
    武鑫
H.265整数运动估计参考块更新的并行化设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电视技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢晓燕;雷祥;崔继兴
  • 通讯作者:
    崔继兴

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其他文献

HEVC去方块滤波中滤波边界的确定与实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    西安邮电大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋林;杨倩;邓军勇;郭佳乐
  • 通讯作者:
    郭佳乐
一种用于图形渲染的高性能SpMV专用加速器结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    小型微型计算机系统
  • 影响因子:
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  • 作者:
    邓军勇;马青青
  • 通讯作者:
    马青青
图计算中压缩格式对单源最短路径算法影响的特性化分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机应用与软件
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓军勇;赵一迪
  • 通讯作者:
    赵一迪
基于VxWorks图形应用编程接口库的设计与实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    西安邮电大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    谢晓燕;崔继兴;邓军勇;蒋林
  • 通讯作者:
    蒋林
一种低延时片上网络路由器的设计与实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    电子设计工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    山蕊;蒋林;杜慧敏;邓军勇
  • 通讯作者:
    邓军勇

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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