Технологическая база развития современных архитектур

Специализированные системы с программируемой структурой

Обладая способностью реализовать любую схему, ПЛИС имеют, по сравнению с жесткой логикой, большую площадь в пересчете на используемый вентиль. Комбинацией, сохраняющей программируемость при уменьшении, по сравнению с ПЛИС, затрат оборудования, служит создание однородных вычислительных сред из одного типа ячеек с учетом проблемной ориентации некоторой специфичной ячейки при ее реализации на жесткой логике и программируемости связей между множеством таких ячеек.

Идея однородных вычислительных сред была сформулирована в начале 60-х годов сотрудником Института математики СО АН СССР Э.В. Евреиновым [1]. Была показана возможность снятия ограничения на рост тактовой частоты в однородных средах за счет коротких связей между соседними ячейками среды и реализации взаимодействия между удаленными ячейками по принципу близкодействия через цепочку ячеек, расположенных между ними. В силу возможности различного направления специализации ячеек и установления различной пропорции между реализацией на жесткой логике и программируемостью, сегодня предложено много вариантов построения специализированных систем с программируемой структурой [12-16]. К этому классу вычислительных систем относятся также систолические и волновые процессоры [17], программируемые (raw) процессоры [15], ассоциативные процессоры с SIMD-архитектурой, примером которых может служить проект CAM2000 [16], и др.

Развитие САПР микроэлектроники, с одной стороны, и стандартизация микроэлектронных производств, с другой, создали предпосылки для появления предприятий, не имеющих собственных фабрик по производству микросхем, но разрабатывающих микросхемы или их блоки, являющиеся интеллектуальной собственностью. Это создает предпосылки вовлечения в производство высокопроизводительных вычислительных систем разработчиков, результаты труда которых могут быть получены ими непосредственно без отторжения от них проекта для передачи исполнителям технологического профиля. Это новый этап в развитии вычислительных технологий, дающий уникальный шанс, в том числе, для России.

В качестве соответствующих примеров можно предложить проект по созданию однокристальной системы из многопотоковых процессоров для построения из этих кристаллов мощных суперкомпьютеров на основе опыта, полученного при создании МВС-1000М [18], микропроцессоры «Квант» [19], изготовленные на фабрике AMD в Дрездене, а также ряд других отечественных проектов, реализация которых осуществлялась на зарубежных производствах.