检索结果-南通市图书馆

作者：季宇航安徽大学

学位级别：硕士

在电机旋转和光伏逆变器等领域,需要大量计算复杂函数。在高实时性的应用场景中,微处理器的性能往往无法满足函数的计算需求。因此,业内普遍采用在微处理器中添加协处理器的方式提升微处理器的计算效率。目前,基于arm v8架构的协处理器... 详细信息

在电机旋转和光伏逆变器等领域,需要大量计算复杂函数。在高实时性的应用场景中,微处理器的性能往往无法满足函数的计算需求。因此,业内普遍采用在微处理器中添加协处理器的方式提升微处理器的计算效率。目前,基于arm v8架构的协处理器设计获得了领域内日益普遍的关注。因此,开发基于arm v8架构的多函数运算浮点协处理器对于诸多应用领域的发展和延伸具有深刻的实用意义。本文的主要研究内容如下:（1）本文提出高实时性的基于Zero-Skipping技术优化CORDIC算法,实现Sin函数、Cosine函数、Arctan函数、Arctan2函数以及Square root函数的计算。输入数据采用单精度浮点数格式,迭代过程采用27位定点数,减少了迭代电路的面积。对正弦函数、余弦函数以及反正切函数的实现方案,首先对输入角度进行区间转换,扩大可计算角度范围以提高算法运算速度;然后通过优化特殊角的迭代次数,减少了迭代电路的计算延迟;根据所需精度,选择对应的伸缩因子进行补偿,解决了由于迭代次数不固定导致的补偿因子不确定的问题;对四象限反正切函数的实现方案是使用高实时优化的CORDIC算法取代了除法器,以提高运算精度。对平方根函数的实现方案是利用浮点数指数特性简化输入,再将剩余部分转化为定点数的方案。（2）本文使用arm v8架构的Taishan 400作为主处理器,设计了Sin函数、Cosine函数、Arctan函数、Arctan2函数和Square root函数控制指令,再依据高实时优化方案完成了协处理器各子模块的电路设计。（3）本文依据所设计的指令,制定了验证方案,以验证协处理器是否具有Sin、Cosine、Arctan、Arctan2和Square root等函数的计算功能。本文最终完成了基于arm v8架构的函数浮点协处理器的设计与实现。经过验证,处理器可以完成五种函数计算,其精度可达10-7,而且最长的路径计算时间为0.107μs。硬件部分采用UMC 28 nm工艺实现电路综合,工作频率达到150 MHz,其平均功耗约为0.43655 m W,而且面积小至5411.07μm2。所设计的协处理器与国内外先进技术相比具有高精度,高实时性,低功耗的特点。

关键词：三角函数反三角函数 arm v8架构协处理器 CORDIC优化算法

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基于SIMD的Square Root函数高性能实现与优化

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计算机工程与科学 2021年第4期43卷 662-669页

作者：赵永浩贾海鹏张云泉张思佳大连海洋大学信息工程学院辽宁大连116023 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

在计算机图形学、积分计算和神经网络等应用场景中,平方根函数的高性能实现在构建处理器的基础软件生态中起到了十分重要的作用。随着arm架构处理器得到广泛的使用,研究arm架构下的函数快速算法实现变得更加关键。当前大量处理器都采用... 详细信息

在计算机图形学、积分计算和神经网络等应用场景中,平方根函数的高性能实现在构建处理器的基础软件生态中起到了十分重要的作用。随着arm架构处理器得到广泛的使用,研究arm架构下的函数快速算法实现变得更加关键。当前大量处理器都采用了SIMD架构,所以,研究基于SIMD实现高性能函数计算方法具有重要的研究意义和发展前景。因此,对平方根函数进行了高性能的实现与优化。通过分析IEEE 754标准的浮点数在内存中的存储格式,设计了高效的平方根函数算法;然后通过结合平方根倒数和泰勒公式算法,进一步提高了算法精度;最后通过SIMD优化进一步提升了算法性能。实验结果表明,在满足精度的前提下,相比于libm算法库,实现的平方根函数的,性能提高了约7倍,相比于arm v8提供的计算平方根的指令在性能上提高了约3倍。

关键词：平方根函数 SIMD 高性能数值分析 arm v8架构

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基于SIMD的三角函数高性能实现与优化

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计算机科学 2021年第12期48卷 29-35页

作者：姚建宇张祎维张广婷贾海鹏中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机与控制学院北京100049 清华大学计算机科学与技术系北京100084

作为基本的数学运算,三角函数的高性能实现对构建处理器的基础软件生态具有重要意义,特别是当前处理器都采用了SIMD架构,基于SIMD实现高性能三角函数具有重要的研究意义和应用价值。对此,文中采用数值分析的方法,对5个常用的三角函数sin... 详细信息

作为基本的数学运算,三角函数的高性能实现对构建处理器的基础软件生态具有重要意义,特别是当前处理器都采用了SIMD架构,基于SIMD实现高性能三角函数具有重要的研究意义和应用价值。对此,文中采用数值分析的方法,对5个常用的三角函数sin,cos,tan,atan,atan2进行了高性能的实现与优化。首先通过分析浮点数IEEE754标准,设计了高效的三角函数算法;然后通过多项式逼近算法中的泰勒公式、帕德近似及雷米兹算法提升了算法精度;最后利用指令流水线与SIMD优化进一步提升了算法性能。实验结果表明,在满足精度的前提下,所实现的三角函数,相较于libm算法库和arm;算法库,在arm v8计算平台上都获得了较大的性能提升,其中相比libm算法库有1.77~6.26倍的时间性能提升,相比arm;算法库有1.34~1.5倍的时间性能提升。

关键词：三角函数 SIMD 高性能数值分析 arm v8架构

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