支持QoS的多核异步处理器体系结构研究

With the increasing complexity of embedded applications, multi-core architecture has been widely used, but it also brings power consumption and clock skew increments. Asynchronous circuit style can solve the problems, and the multi-core asynchronous architecture becomes a potential solution for the future processor design. However, the quality of service (QoS) is not well Guaranteed in asynchronous circuits due to their nondeterministic behavior and nondeterministic execution time. The nondeterminacy prevents aysnchronous circuits being applied to emmbedded domain with high QoS requirement, such as multimedia and real-time applications. This project will study how to improve the certainty of asynchronous circuits based on embedded multi-core processor and enhance the QoS of asynchronous processors. We first build a multi-core asynchronous processor execution model which guarantees high QoS requirement using system level technologies. Then, we investigate architectures of asynchronous processor core and asynchronous on-chip network to support the proposed execution model. With the new architectures, the low latency, high bandwidth and deterministic behavior of asynchronous processors can be easily guaranteed. At last, we study how to establish a performance model of asynchronous circuits and a simulation system of the proposed asynchronous processor which can be used to validate the proposed execution model and architecture.

随着嵌入式应用日益复杂化，多核体系结构得到广泛应用，但也带来功耗增加、时钟偏移增大等问题。异步电路具有天然的低功耗、无时钟偏移与高可靠性等优势，采用异步电路实现多核处理器能够有效解决功耗、时钟偏移等问题。然而，异步电路执行方式与执行时间具有一定的不确定性，使得其对服务质量（Quality of Service，QoS）支持不足，无法满足多媒体、实时等高QoS要求的应用，阻碍了多核异步处理器在上述领域的应用。本项目基于嵌入式多核异步处理器研究如何提高异步电路的确定性，以解决传统异步电路在QoS支持方面的不足。主要研究内容有：高QoS的多核异步处理器执行模型，从系统级研究QoS保障技术；支持执行模型的异步处理器内核与异步片上网络结构，从体系结构与电路级研究如何提高异步处理器的QoS；异步电路的性能模型与验证模拟系统，解决异步电路与异步处理器难以建模的问题，并对本项目的研究内容进行验证分析。

随着嵌入式应用日益复杂化，多核体系结构得到广泛应用，但也带来功耗增加、时钟偏移增大等问题。异步电路具有天然的低功耗、无时钟偏移与高可靠性等优势，采用异步电路实现多核处理器能够有效解决功耗、时钟偏移等问题。然而，异步电路执行方式与执行时间具有一定的不确定性，使得其对服务质量（Quality of Service，QoS）支持不足，无法满足多媒体、实时等高QoS要求的应用，阻碍了多核异步处理器在上述领域的应用。本项目基于嵌入式多核异步处理器研究如何提高异步电路的确定性，以解决传统异步电路在QoS支持方面的不足。主要研究内容与成果有：高QoS的多核异步处理器执行模型，从系统级研究QoS保障技术；支持执行模型的异步处理器内核与异步片上网络结构，从体系结构与电路级研究如何提高异步处理器的QoS；异步电路的性能模型与验证模拟系统，解决异步电路与异步处理器难以建模的问题，并对本项目的研究内容进行验证分析。项目研究期间，发表学术论文8篇，其中SCI检索1篇，EI检索3篇；已公示国家发明专利6项，其中6项已授权；撰写国防报告2份；培养毕业博士研究生2人、硕士研究生2人；发表专著2部。