面向比特粒度信息处理的并行计算关键技术研究

Nowadays, the parallel computing technologies for symbol-level information processing are growing fast and fast while those for bit-level information processing are scare. This project will analyze the common operations in bit-level information processing. The parallel computing structure for bit-level information processing will be composed of a data structure with multi-mode bit-level regfiles and variable width memories, and a computing structure with non-symmetry operation expanding channels and vector operations in every channel. These operations will be classified and arranged in a relation matrix, and an instruction set for the bit-level operations under the parallel computing structure will be developed in an electronic system level (ESL) method. This can construct a common platform for bit-level parallel computing with high throughputs.

当前，基于并行计算的信息处理技术蓬勃发展，占领着越来越重要的地位；然而，这些并行技术均以符号粒度的计算为主，面向比特粒度信息处理的并行计算技术却方兴未艾。本课题将开展面向比特粒度信息处理的共性操作研究，实现信源编码、信道编码和加密编码等比特粒度信息处理领域的共性操作的提取，建立面向比特粒度信息处理的共性操作规范；设计面向比特粒度信息处理的并行计算架构，以分类多粒度寄存器文件和多粒度存储的数据结构，及非对称操作通道扩展和矢量化操作的计算结构，构成面向比特粒度信息处理的并行计算架构；在并行计算架构下，研究共性操作的关系矩阵，开发出面向比特粒度信息处理的并行计算指令集，实现基于电子系统级设计的面向比特粒度信息处理的并行计算平台的定制。这种面向比特粒度信息处理的并行计算技术，具有高速通用的比特粒度计算能力，可应用于当前各种比特粒度的信息处理中。

面向比特粒度信息处理的并行计算技术，可以实现信源编码、信道编码和加密编码等比特粒度信息处理的高性能计算，具有重要的研究意义。本课题对面向比特粒度信息处理的并行计算技术进行了深入的研究。（1）研究了各种比特粒度信息处理的并行方法及共性操作特点：设计了信源编码CABAC算法的上下文模型管理和区间信息更新并行化方法；设计了信道编码Polar码和Raptor码的并行化编解码方法；设计了新型纠错加密一体化并行编码方法；提炼了这些并行比特粒度编解码的数据存储、标量操作和矢量操作需求，建立了面向比特粒度信息处理的共性操作规范。（2）在比特粒度信息处理的并行化算法及其共性操作规范的基础上，设计了各种比特粒度信息处理并行计算模型及通用架构：设计了CABAC并行信源编解码比特处理器；设计了Polar码和Raptor码并行信道编解码器；设计了面向CRC、卷积码、Turbo码和交织的并行信道编解码比特处理器；建立了以多粒度存储数据结构和多类计算核心运算结构为特征的面向比特粒度信息处理的并行计算架构。（3）综合比特粒度信息处理的共性操作规范和并行计算架构，开发了面向比特粒度信息处理的矢量处理器平台：开发了面向比特粒度信息处理的并行计算指令集、VLIW矢量处理器及其编译器；采用SMIC 65nm工艺完成16字矢量并行和32字矢量的比特粒度并行计算平台ASIC模型，面积分别为5.16 平方毫米和9.63平方毫米，时钟频率分别为430MHz和426MHz。.课题完成了比特粒度并行计算的方法设计，实现对各种信源编码、信道编码和加密编码的统一并行计算设计，实现了比特粒度信息处理的并行矢量处理器技术。课题申请7项发明专利,包括1项PCT专利；发表了8篇学术论文，包括3篇SCI论文和2篇EI论文。.本课题完成了课题计划研究内容，实现了自主化的比特粒度VLIW 指令集和体系架构的突破，促进了软件构建比特粒度计算平台技术的发展。