AES专用指令处理器的研究与实现 被引量：10

1

作者 夏辉 贾智平 +3 位作者 张峰 李新 陈仁海 EdwinH.-M.Sha 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2011年第8期1554-1562,共9页

随着加密算法在嵌入式可信计算领域的广泛应用,如何提高其执行效率成为研究的热点问题.高级加密标准(AES)凭借其在安全性、费用开销和可执行性等方面的内在优势,成为使用最为广泛的对称密钥加密算法.采用指令集架构(ISA)扩展优化的方法... 随着加密算法在嵌入式可信计算领域的广泛应用,如何提高其执行效率成为研究的热点问题.高级加密标准(AES)凭借其在安全性、费用开销和可执行性等方面的内在优势,成为使用最为广泛的对称密钥加密算法.采用指令集架构(ISA)扩展优化的方法对AES算法进行指令扩展优化.基于电子系统级(ESL)方法设计流程,使用基于LISA语言的处理器生成工具构建了一个高效AES专用指令处理器(AES_ASIP)模型,最终实现于FPGA中.经过一系列的仿真和验证,对比ARM处理器指令集架构,实验结果显示AES_ASIP以增加少许硬件资源为代价,提高了算法58.4x%的执行效率并节省了47.4x%的指令代码存储空间. 展开更多

关键词 AES 电子系统级 指令集架构 专用指令处理器 FPGA

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嵌入式领域ECC专用指令处理器的研究 被引量：6

2

作者 夏辉 于佳 +3 位作者 秦尧 程相国 陈仁海 潘振宽 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期1092-1108,共17页

与其他公钥密码算法相比,椭圆曲线密码算法(Elliptic Curve Cryptography,ECC)具有抗攻击能力强、计算量小以及处理速度快等优点,已成为下一代公钥密码体制的标准.随着ECC在嵌入式领域的应用日益广泛,如何提高其执行效率成为目前研究的... 与其他公钥密码算法相比,椭圆曲线密码算法(Elliptic Curve Cryptography,ECC)具有抗攻击能力强、计算量小以及处理速度快等优点,已成为下一代公钥密码体制的标准.随着ECC在嵌入式领域的应用日益广泛,如何提高其执行效率成为目前研究的热点问题.文中提出了一套通用的专用指令处理器(Application Specific Instruction Processor,ASIP)的设计验证方案,并将该方案应用于ECC,从而大幅提升其在硬件资源受限的嵌入式环境中的执行效率.首先借鉴并实现了OpenSSL公开的ECC软件优化方案,并结合处理器平台的特点对大整数乘法运算和多项式平方运算进行了进一步优化.其次对优化后的算法进行基本指令块(Basic Instruction Block,BIB)的划分并转化为数据流图(Data Flow Graph,DFG),在DFG图中依照专用指令设计规则引入近似最优解方法查找可优化指令块.对该类指令块设计相应的专用指令,以实现处理器原有基础指令集架构的扩展.再次基于电子系统级(Electronic System Level,ESL)设计方法依次设计并仿真验证ECC_ASIP的系统级模型和Verilog寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL)模型.最后将验证通过的RTL级处理器模型进行综合、布局布线,转换成相对应的门级电路并统计模型使用的硬件资源信息,烧写到FPGA(Field-Programmable Gate Array)平台完成ECC_ASIP的移植操作和性能验证.与ARM11处理器平台下算法实现的性能表现进行对比,实验结果显示,ECC_ASIP牺牲了9.23x%的硬件扩展资源,将算法实现的运算速度提高了2.74x倍,指令代码存储空间减少了59.36x%. 展开更多

关键词 椭圆曲线密码 专用指令处理器 近似最优解方法 指令集架构扩展 FPGA

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ECC专用指令处理器软硬件协同设计 被引量：2

3

作者 徐劲松 王志新 严迎建 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2012年第3期916-920,共5页

提出了一种专用指令处理器的软硬件协同设计方法,该方法可以在设计的早期阶段对处理器进行系统探索和验证。根据椭圆曲线密码算法的特点,并按照专用指令处理器的设计原则,以椭圆曲线密码运算基本操作及运算存储特性为基础,设计了超长指... 提出了一种专用指令处理器的软硬件协同设计方法,该方法可以在设计的早期阶段对处理器进行系统探索和验证。根据椭圆曲线密码算法的特点,并按照专用指令处理器的设计原则,以椭圆曲线密码运算基本操作及运算存储特性为基础,设计了超长指令字ECC专用指令处理器的指令集结构模型。根据处理器的指令集结构模型,以指令模拟器为基础,搭建了处理器的软硬件协同验证平台,从系统设计、RTL描述和FPGA硬件原型3个不同层次对处理器进行了验证。 展开更多

关键词 椭圆曲线密码体制 专用指令集处理器 指令集体系结构 指令集模拟器 软硬件协同设计

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专用指令集处理器(ASIP)行为级设计方法研究 被引量：4

4

作者 陈艾 周学海 +2 位作者 李曦 王志刚 王峰 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2004年第29期44-46,152,共4页

由专用指令集处理器(ASIP)构成的片上系统(SoC)具有高效、灵活等优点。有效的ASIP行为级设计方法对于SoC设计具有重大意义。该文对ASIP行为级设计方法进行研究,提出了一种基于体系结构描述语言(ADL)的ASIP行为级设计方法,并介绍了基于... 由专用指令集处理器(ASIP)构成的片上系统(SoC)具有高效、灵活等优点。有效的ASIP行为级设计方法对于SoC设计具有重大意义。该文对ASIP行为级设计方法进行研究,提出了一种基于体系结构描述语言(ADL)的ASIP行为级设计方法,并介绍了基于该方法的可视化ASIP行为级设计平台xptools。 展开更多

关键词 专用指令集处理器 可重定向模拟 体系结构描述语言 设计空间搜索

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专用指令集安全处理器设计与VLSI实现 被引量：2

5

作者 陆荣华 曾晓洋 +2 位作者 韩军 顾叶华 麦浪 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2007年第9期1724-1728,共5页

专用指令集处理器(ASIP)结合了ASIC协处理器的高效性与通用处理器的灵活性,在信息安全领域具有广泛的应用前景.本文针对RSA/ECC密码算法,提出了一种专用指令集安全处理器的设计与VLSI实现方案.本文的ASIP基于32位RISC架构,通过采用专用... 专用指令集处理器(ASIP)结合了ASIC协处理器的高效性与通用处理器的灵活性,在信息安全领域具有广泛的应用前景.本文针对RSA/ECC密码算法,提出了一种专用指令集安全处理器的设计与VLSI实现方案.本文的ASIP基于32位RISC架构,通过采用专用的指令集和特殊的运算单元,以较小的软硬件代价实现了密码算法的高效运算.本设计采用TSMC0.25μm标准CMOS工艺综合,核心电路等效门为28K,最高时钟频率可达到150MHz,完成一次1024位RSA算法仅需200毫秒. 展开更多

关键词 专用指令集处理器 RISC RSA ECC 安全

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面向专用指令集处理器设计的软硬件协同验证 被引量：2

6

作者 严迎建 杨志峰 任方 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期241-243,共3页

为提高专用指令集处理器设计中的验证效率和覆盖率,将专用指令集处理器的寄存器传输级设计验证与汇编器、指令集模拟器等软件开发工具的测试相结合,提出一种软硬件协同验证方法。该方法按照覆盖率要求由软件自动产生测试程序和数据,将... 为提高专用指令集处理器设计中的验证效率和覆盖率,将专用指令集处理器的寄存器传输级设计验证与汇编器、指令集模拟器等软件开发工具的测试相结合,提出一种软硬件协同验证方法。该方法按照覆盖率要求由软件自动产生测试程序和数据,将利用汇编器产生的机器指令输入到指令集模拟器和硬件仿真工具分别进行软硬件仿真,通过软硬件仿真结果自动比对得出联合验证结果。实践证明,该方法能够有效提高验证效率和覆盖率,缩短验证周期。 展开更多

关键词 专用指令集处理器 硬件仿真 指令集模拟器 软硬件协同验证

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专用指令集处理器模型的研究 被引量：1

7

作者 余洁 王志刚 +1 位作者 周学海 李曦 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1125-1130,共6页

针对现有专用指令集处理器(ASIP)模型的不足和ASIP的特点,提出了一个新型的ASIP模型——xpMODEL.它以指令行为作为设计核心,引入指令行为有限状态机IB-EFSM建立指令操作的时序调度机制,通过原语操作完成行为中对处理器资源的调用,有效... 针对现有专用指令集处理器(ASIP)模型的不足和ASIP的特点,提出了一个新型的ASIP模型——xpMODEL.它以指令行为作为设计核心,引入指令行为有限状态机IB-EFSM建立指令操作的时序调度机制,通过原语操作完成行为中对处理器资源的调用,有效地对指令的流水化操作进行了建模.在对处理器资源的建模中,利用资源库描述处理器的部件、存储和连接,并通过抽象层和行为层的部件双层建模形式有效地支持了对ASIP中专用硬件和外围部件的描述.介绍了xpMODEL对一些复杂执行机制,如forwarding技术、动态调度技术、分支预测技术和中断技术建模的支持,说明了其建模能力相对于现有的ASIP模型的优势. 展开更多

关键词 专用指令集处理器 xpMODEL 指令行为有限状态机

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专用指令集处理器(ASIP)评估方法研究 被引量：1

8

作者 余洁 刘方方 周学海 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2010年第22期4835-4838,4850,共5页

针对专用指令集处理器(ASIP)评估具有多属性维数、多目标类型、多数据类型的特点,提出一种基于比较的评估方法。在评估的不同阶段,选取不同的参照指标,对数据进行处理、集结,从而获取候选方案的排序向量。根据评估目标类型和数据信息类... 针对专用指令集处理器(ASIP)评估具有多属性维数、多目标类型、多数据类型的特点,提出一种基于比较的评估方法。在评估的不同阶段,选取不同的参照指标,对数据进行处理、集结,从而获取候选方案的排序向量。根据评估目标类型和数据信息类型选取特定的参照数据,进行数据信息与参照数据的比较;利用模糊矩阵对评估指标的重要程度进行两两比较,并对其进行一致性判断和修正,获取指标权值向量;最后,利用有序加权平均法获取各候选方案的综合属性值,并提出区间比较度的概念,为评估提供量化依据。实例计算表明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 专用指令集处理器 多指标评估 指标接近度 区间比较度 模糊权重判断矩阵

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基于RISC-V的卷积神经网络专用指令集处理器 被引量：4

9

作者 廖汉松 吴朝晖 李斌 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期196-204,共9页

针对x86和ARM商用架构CPU因专利、授权导致定制成本过高和灵活性不够的问题,面向物联网领域提出一种基于RISC-V开源指令集的卷积神经网络(CNN)专用指令集处理器。通过自定义拓展指令调用加速器对轻量化CNN中的卷积和池化操作进行加速,... 针对x86和ARM商用架构CPU因专利、授权导致定制成本过高和灵活性不够的问题,面向物联网领域提出一种基于RISC-V开源指令集的卷积神经网络(CNN)专用指令集处理器。通过自定义拓展指令调用加速器对轻量化CNN中的卷积和池化操作进行加速,提高终端设备能效。在此过程中,配置CNN各层信息控制加速器进行分组运算,以适应不同大小的输入数据,同时调整加速器的数据通路,对耗时操作进行单独或结合运算,以适应不同的轻量化网络。FPGA平台验证结果表明,该处理器在100 MHz工作频率下推理Squeeze Net网络,耗时约40.89 ms,功耗为1.966 W,较手机处理器单核计算速度更快,与AMD Ryzen7 3700X、NVIDIA RTX2070 Super和Qualcomm Snapdragon 835平台相比,其消耗资源少、功耗低,在性能功耗比上也具有优势。 展开更多

关键词 RISC-V指令集 卷积神经网络 领域专用架构 专用指令集处理器 硬件加速

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高性能PLC专用指令集处理器设计与仿真 被引量：3

10

作者 曾舒婷 杨志家 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2011年第7期76-81,共6页

该高性能PLC专用指令集处理器采用自主设计的PLC专用指令集,符合PLC指令特征,可减少该PLC专用指令集处理器执行的指令数,并采用32位RISC体系结构加快PLC程序的执行速度.该高性能PLC专用指令集处理器采用哈佛总线结构,寄存器组采用位编... 该高性能PLC专用指令集处理器采用自主设计的PLC专用指令集,符合PLC指令特征,可减少该PLC专用指令集处理器执行的指令数,并采用32位RISC体系结构加快PLC程序的执行速度.该高性能PLC专用指令集处理器采用哈佛总线结构,寄存器组采用位编址模式,位处理器可加速PLC布尔运算,功能块单元可提高功能块指令执行的精度,并采用四级流水线提高PLC指令的执行速度.现已完成了该高性能PLC专用指令集处理器的系统功能仿真,经测试仿真结果正确. 展开更多

关键词 PLC 专用指令集 专用指令集处理器 RISC体系结构 四级流水线

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专用指令分组密码微处理器体系结构研究 被引量：3

11

作者 于学荣 刘元锋 戴紫彬 《微计算机信息》 北大核心 2007年第03X期84-85,99,共3页

本文以分组密码算法为研究对象,结合微处理器体系结构的特点,研究能够高效灵活实现多种分组密码算法的处理器体系结构。论文通过分析现有分组密码算法结构特点,从实现方式的灵活性和高性能角度出发,提出了一种基于专用指令集的分组密码... 本文以分组密码算法为研究对象,结合微处理器体系结构的特点,研究能够高效灵活实现多种分组密码算法的处理器体系结构。论文通过分析现有分组密码算法结构特点,从实现方式的灵活性和高性能角度出发,提出了一种基于专用指令集的分组密码微处理器的设计思路,并给出了分组密码微处理器的运算单元设计方案及整体系统架构。 展开更多

关键词 分组密码 专用指令集密码微处理器 流水线 超标量体系结构 指令级并行

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面向视频应用的专用指令集处理器设计

12

作者 麻巍 龙国强 《机电工程》 CAS 2008年第7期40-43,共4页

由于专用指令集处理器(ASIP)具备ASIC的高效性与通用处理器的灵活性,在视频处理领域有着广阔的应用前景。设计了一种面向视频应用的SIMD处理器,它包括显式数据置换的专用指令集和专门设计的数据通路和运算单元,实现了高效的视频处理。... 由于专用指令集处理器(ASIP)具备ASIC的高效性与通用处理器的灵活性,在视频处理领域有着广阔的应用前景。设计了一种面向视频应用的SIMD处理器,它包括显式数据置换的专用指令集和专门设计的数据通路和运算单元,实现了高效的视频处理。并采用SMIC 0.18μm标准CMOS工艺对该设计进行了VLSI实现,在最差工作条件下,时钟频率可达到180 MHz,面积约12.38 mm2。表明该处理器能极大地提高视频处理的效率。 展开更多

关键词 专用指令集处理器 视频处理 单指令多数据 显式数据置换 流水线 超大规模集线电路

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专用指令集处理器设计的架构性研究 被引量：1

13

作者 Gert Goossens 《中国集成电路》 2013年第10期41-43,49,共4页

今日的半导体行业受到快速增长的智能消费设备市场的推动。这些产品具有功能丰富，多感官，无线互联，永久在线，以及绿色环保的特征。传统的SoC设计方法是基于一个或多个嵌入式微处理器内核（如ARM）的运用，辅之以硬连线加速器。

关键词 专用指令集处理器 设计方法 架构 微处理器内核 半导体行业 设备市场 无线互联 绿色环保

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可定制Tcore处理器指令调度设计

14

作者 魏继增 郭炜 孙济洲 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期203-209,共7页

基于传输触发体系结构可定制Tcore处理器具有理想的性能/价格比.但由于大量数据传输细节在体系结构一级可见导致了过低的编译效率.为此,提出了一种基于MACHSUIF中间格式的可重定目标编译器架构,将表调度与关键路径算法相结合以实现高效... 基于传输触发体系结构可定制Tcore处理器具有理想的性能/价格比.但由于大量数据传输细节在体系结构一级可见导致了过低的编译效率.为此,提出了一种基于MACHSUIF中间格式的可重定目标编译器架构,将表调度与关键路径算法相结合以实现高效指令调度,从而大幅度提高编译质量.此外,通过基于操作的调度方法解决指令调度过程中功能单元的死锁问题.通过在4个DSP应用上进行测试,指令级并行度比传统的MoveFramework提高40%左右. 展开更多

关键词 传输触发体系结构 专用指令集处理器 指令调度 表调度 关键路径

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面向椭圆曲线密码的处理器并行体系结构研究与设计 被引量：4

15

作者 杨晓辉 戴紫彬 +1 位作者 李淼 张永福 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期70-77,共8页

在研究椭圆曲线密码算法的处理特征以及有限域层上的并行调度算法基础上,采用指令级并行和数据级并行方法,提出了面向椭圆曲线密码的并行处理器体系结构模型,并就模型的存储结构进行了分析。基于该模型实现了一款验证原型,在FPGA上成功... 在研究椭圆曲线密码算法的处理特征以及有限域层上的并行调度算法基础上,采用指令级并行和数据级并行方法,提出了面向椭圆曲线密码的并行处理器体系结构模型,并就模型的存储结构进行了分析。基于该模型实现了一款验证原型,在FPGA上成功进行了验证测试并在0.18μm CMOS工艺标准单元库下进行逻辑综合以及布局布线。实验证明提出的并行处理器体系结构既能保证椭圆曲线密码算法应用的灵活性,又能够达到较高的性能。 展开更多

关键词 椭圆曲线密码 专用指令处理器 并行体系结构 验证原型

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基于二进制插桩的ASIP处理器指令集混合仿真方法

16

作者 邱吉 高翔 +2 位作者 彭飞 汪文祥 蒋毅飞 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2012年第S1期330-335,共6页

指令集仿真器在ASIP处理器硅前软件开发中发挥着重要的作用,但使用传统仿真方法的指令集仿真器仿真速度较慢.基于二进制插桩,提出了ASIP处理器指令集混合仿真方法,以混合仿真的方式,使基础指令直接运行在宿主机上,仅对扩展指令仿真,从... 指令集仿真器在ASIP处理器硅前软件开发中发挥着重要的作用,但使用传统仿真方法的指令集仿真器仿真速度较慢.基于二进制插桩,提出了ASIP处理器指令集混合仿真方法,以混合仿真的方式,使基础指令直接运行在宿主机上,仅对扩展指令仿真,从而降低仿真开销,提升仿真速度.实验表明,采用此方法对主流高清音视频解码软件进行仿真的平均速度达到了1058.5MIPS,是采用当前先进的动态二进制翻译仿真方法仿真器速度的34.7倍. 展开更多

关键词 指令集仿真 专用指令集处理器 混合仿真 二进制插桩

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网络处理器体系结构和应用综述

17

作者 张铮 赵荣彩 +2 位作者 颜峻 邰铭 陈科 《信息工程大学学报》 2006年第4期344-347,共4页

从网络处理器的起源入手,回顾了网络处理器技术发展过程,探讨了其体系结构的基本组成,并对典型体系结构特征进行总结,最后介绍了网络处理器的应用情况并对网络处理器技术的发展进行了展望。

关键词 网络处理器 并行处理 专用指令处理器

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用于智能传声器的低功耗语音降噪处理器设计 被引量：1

18

作者 陈黎明 陈铖颖 杨骏 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1098-1103,共6页

研究一种低功耗语音降噪处理器,提高传声器信噪比和智能化程度.该降噪处理器采用专用指令集处理器内核+硬件加速器的异构多核架构,兼顾低功耗、运算效率和灵活性.专用指令集处理器内核为24-bit位宽、多级流水、双哈佛存储结构,定制专用... 研究一种低功耗语音降噪处理器,提高传声器信噪比和智能化程度.该降噪处理器采用专用指令集处理器内核+硬件加速器的异构多核架构,兼顾低功耗、运算效率和灵活性.专用指令集处理器内核为24-bit位宽、多级流水、双哈佛存储结构,定制专用语音加速指令和硬件,提升运算效率.硬件加速器负责密集、规整的时域/频域变换操作,采用可配置结构,保证硬件灵活性,并通过中断和共享存储器机制与专用指令集处理器内核通信.基于SMIC 130nm工艺完成该降噪处理器芯片设计,结果显示处理器完成语音降噪任务,背景噪声下降约10dB,平均电流仅206μA. 展开更多

关键词 专用指令集处理器 语音信号处理 数字信号处理器 低功耗设计 微机电系统传声器

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基于Benes网络结构的比特置换在处理器中的实现

19

作者 于学荣 戴紫彬 《电子技术应用》 北大核心 2006年第9期44-45,66,共3页

比特置换操作在对称密码算法中使用频率非常高,它所采用的非线性变换能够实现高安全性。但现有的可编程处理器对单个比特的操作并不直接支持。就此问题,研究了比特置换操作在处理器上的高效灵活实现方法,提出了一种基于Benes网络结构的... 比特置换操作在对称密码算法中使用频率非常高,它所采用的非线性变换能够实现高安全性。但现有的可编程处理器对单个比特的操作并不直接支持。就此问题,研究了比特置换操作在处理器上的高效灵活实现方法,提出了一种基于Benes网络结构的硬件可实现的比特置换结构及其在不同指令集上的应用,并在FPGA上进行了验证。 展开更多

关键词 比特置换 专用指令集微处理器 查找表 Benes网络结构

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指令扩展中相关子图的分析与处理

20

作者 沈立 张晨曦 +1 位作者 吕雅帅 王志英 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第10期1368-1374,共7页

由于没有充分考虑候选子图间重叠、包含等相关关系,按照现有指令扩展方法选出的扩展指令可能无法带来预期的性能收益.详细讨论了子图相关关系和处理方法,并提出相应的指令扩展算法.在子图识别时,根据延迟约束合并相互包含的子图,根据重... 由于没有充分考虑候选子图间重叠、包含等相关关系,按照现有指令扩展方法选出的扩展指令可能无法带来预期的性能收益.详细讨论了子图相关关系和处理方法,并提出相应的指令扩展算法.在子图识别时,根据延迟约束合并相互包含的子图,根据重叠结点的位置合并重叠子图,缩小搜索空间;在子图压缩时,根据子图相关关系动态地调整候选子图的性能收益,减少相关子图引起的估算误差.此外,还根据剩余候选子图的性能收益对时间与精度进行折中.该算法已在传输触发结构ASIP的自动设计流程中实现,实际性能加速比与预期值的平均误差仅为0.17%,远低于原先的3.6%. 展开更多

关键词 专用指令集处理器 指令扩展 计算加速器 相关子图

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