Методы преобразования параллелизма в процессе высокоуровневого синтеза СБИС

Предложены методы повышения эффективности разработки СБИС на основе метода архитектурно-независимого проектирования. Рассмотрен маршрут высокоуровневого синтеза СБИС. Изложен принцип построения аппаратной модели СБИС на основе функционально-потоковой парадигмы программирования.Представлены результаты разработки методов и алгоритмов трансформации, функционально-потоковых параллельных программ в программы на языках описания аппаратуры, обеспечивающих поддержку процесса проектирования цифровых однокристальных систем. Рассмотрены принципы оценки и выделены классы ресурсов, требуемых для анализа проектных решений. Введены коэффициенты редукции и методики их расчета по каждому классу ресурсов. Предложен алгоритм расчета коэффициентов редукции и оценки требуемых ресурсов. Предложен алгоритм преобразования параллелизма с учетом заданных ограничений целевой платформы. Разработан механизм обмена метриками с архитектурно-зависимым уровнем. Приведены примеры редукции параллелизма для платформы ПЛИС и практическая реализация тестовых алгоритмов БПФ в базисе ПЛИС Virtex® UltraScale. Разработанные методы и алгоритмы позволяют использовать метод архитектурно-независимого синтеза для переноса проектов СБИС на различные архитектуры с помощью изменения параллелизма схемы и эквивалентных преобразований параллельных программ. Предложенный подход обеспечивает множество вариантов аппаратных решений для реализации на различных целевых платформах.

параллельные вычисления, потоки данных, функционально-потоковое параллельное программирование, цифровая интегральная схема, высокоуровневый синтез

1. T. M. Bhatt and D. McCain, “Matlab as a Development Environment for FPGA Design”, in Design Automation Conference, Proceedings 42nd, 2005, pp. 607-610.

2. L. Lavagno, I. L. Markov, G. Martin, and L. K. Scheffer, Electronic Design Automation for IC System Design, Verification, and Testing. CRC Press, 2017.

3. Z. Navabi, System-Level Design and Modeling: ESL Using C/C++, SystemC and TLM-2.0. Springer, 2015.

4. Vivado Design Suite User Guide. High-Level Synthesis. UG902. [Online]. Available: http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx20181/ug902-vivado-high-level-synthesis.pdf.

5. Z. Yuan, Y. Ma, J. Bian, and K. Zhao, “Automatic enhanced CDFG generation based on runtime instrumentation”, in IEEE 17th International Conference on, 2013, pp. 92-97.

6. G. Bosilca, A. Bouteiller, A. Danalis, M. Faverge, T. He´rault, and J. J. Dongarra, “PaRSEC: Exploiting Heterogeneity to Enhance Scalability”, IEEE Computing in Science and Engineering, vol. 15, no. 6, pp. 36-45, 2013.

7. A. Danalis, G. Bosilca, A. Bouteiller, T. Herault, and J. Dongarra, “PTG: An Abstraction for Unhindered Parallelism”, in Proceedings of the Fourth International Workshop on Domain-Specific Languages and High-Level Frameworks for High Performance Computing, 2014, pp. 21-30.

8. I. I. Levin and A. I. Dordopulo, “Resource-independent programming of hybrid reconfigurable computer systems”, in Proceedings of Russian Supercomputing Days, 2017, pp. 714-723.

9. I. I. Levin, A. I. Dordopulo, I. V. Pisarenko, and A. K. Melnikov, “An approach to architecture-independent programming of computing systems based on the aspect-oriented Set@l language”, Proceedings of the Southern Federal University. Technical sciences, vol. 197, no. 3, pp. 46-57, 2018.

10. O. V. Nepomnyaschy, I. N. Ryzhenko, and A. I. Legalov, “The method of architecturally independent high-level synthesis of VLSI”, Proceedings of the Southern Federal University. Technical sciences, vol. 202, no. 8, pp. 38-47, 2018.

11. A. I. Legalov, “Functional language for creation of architectural independent parallel programmes”, Computational Technologies, vol. 10, no. 1, pp. 71-89, 2005.

12. A. I. Legalov, V. S. Vasilyev, I. V. Matkovskii, and M. S. Ushakova, “A toolkit for the development of data-driven functional parallel programmes”, in International Conference on Parallel Computational Technologies, Springer, 2018, pp. 16-30.

13. V. Vasilev, A. I. Legalov, and S. V. Zykov, “The System for Transforming the Code of Dataflow Programs into Imperative”, Modeling and Analysis of Information Systems, vol. 28, no. 2, pp. 198-214, 2021.

14. O. V. Nepomnyaschy and I. N. Ryzhenko, “The method of high-level synthesis and software toolkit for description algorithm of VLSI”, Software Engineering, vol. 11, no. 1, pp. 34-39, 2020.

15. Vivado Design Suite User Guide. Using the Vivado IDE UG893. [Online]. Available: https://www.xilinx.com/support/documentation/swmanuals/xilinx2020_2/ug893-vivado-ide.pdf.