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本书主要讲了片上多处理器（chip multiprocessor），又称多核微处理器或简称CMP，已成为构造现代高性能微处理器的重要技术途径。片上多处理器领域正在蓬勃发展，具有巨大的商业和科研价值。
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本书主要讲了片上多处理器（chipmultiprocessor），又称多核微处理器或简称CMP，已成为构造现代高性能微处理器的重要技术途径。片上多处理器领域正在蓬勃发展，具有巨大的商业和科研价值。本书共11章：第1章介绍了当今多核片上系统所面临的趋势与挑战；第2章讲述了在嵌入式多处理器平台上的验证和组合的问题；第3章分析了在片上处理器系统中硬件支持下的有效资源利用和建议方法，这些方法用来解决合理利用并行资源的问题；第4章阐明了在多核上的映射应用；第5章讲述了多核芯片消息传递的案例；第6章主要给读者阐述了FPGA在RAMPSoC中的应用、优点和前景，以及被称为CAP-OS的特殊用途操作系统；第7章提出了一种新的综合系统物理设计方法；第8章考察了低功耗系统级芯片的系统级设计；第9章深入探索了对于嵌入式应用空间多核系统所提供的机遇、多核系统设计相关的挑战以及一些创新的方法来应对这些挑战；第10章介绍了高性能多处理器片上系统作用、前景以及发展趋势；结束全书的一章给读者讲述了一种被称为侵入计算的新型并行计算系统。
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译者序原书前言第1章多核片上系统介绍趋势与挑战11.1从片上系统到多处理器片上系统11.2多处理器片上系统的通用架构21.2.1处理单元31.2.2互连31.2.3电源管理31.3电源效率与适应性41.4复杂性与可扩展性51.5异构与同构方法61.5.1异构多处理器片上系统71.5.2同构多处理器片上系统81.6多变量优化101.6.1静态优化101.6.2动态优化111.7静态与动态中心化和分散方法的对比151.8小结16缩略语17参考文献18第1部分应用映射与通信基础设施第2章独立开发、验证与执行的可组合性与可预测性232.1简介232.2可组合性与可预测性252.2.1专用术语252.2.2可组合资源292.2.3可预测性资源322.2.4可组合与可预测资源332.3处理器芯片352.3.1可组合性352.3.2可预测性382.4互连382.4.1可组合性392.4.2可预测性402.5存储芯片402.5.1可预测性412.5.2可组合性452.6实验462.7小结48参考文献50第3章在片上多处理器系统中硬件支持下的有效资源利用533.1简介533.2学习网络处理应用553.2.1商用网络处理器563.2.2网络应用实例573.2.3FlexPathNP方法583.2.4通过网络处理可以在多核域中学到什么623.3学习高性能计算和科学计算633.3.1芯片上的分层多拓扑网络643.3.2任务管理673.3.3同步子系统683.3.4从超级计算中可以在多核领域学到什么693.4自然界生物启发、自组织系统的学习693.4.1自然界独立生存体的集体行为和技术系统703.4.2自适应IP核的技术实现713.4.3多核领域从自然界能够学到什么753.5小结75参考文献76第4章在多核上的映射应用784.1PALLAS784.2驱动应用794.2.1基于内容的图像检索804.2.2光流跟踪814.2.3静态视频背景提取834.2.4自动语音识别834.2.5压缩传感MRI854.2.6市场价值的风险估计计算金融864.2.7游戏874.2.8机器翻译884.2.9本节小结894.3并行性能的观点894.3.1不被要求的线性缩放904.3.2衡量实际的实物硬件问题904.3.3考虑算法914.3.4归纳914.4模式的框架914.4.1应用程序框架924.4.2规划框架934.5小结954.6附录964.6.1结构模式964.6.2计算模式964.6.3并行算法策略模式96参考文献97第5章消息传递给多核芯片的例子995.1度量标准比较的并行编程模型995.2对比框架1005.3对比消息传递和共享内存1015.3.1议程并行1025.3.2结果并行1025.3.3专家并行1035.4框架结构的影响1035.5讨论和小结104参考文献105第2部分多处理器系统的可重构硬件第6章适应性多处理器片上系统构建：自主系统设计和运行时间支持的新角度1096.1简介1096.2背景：硬件重新配置的介绍1116.2.1时钟重置基本概念1116.2.2时钟重置基本概念和配置间隔分类1136.3有关工作1156.4RAMPSoC方法1166.5RAMPSoC的硬件架构1186.6RAMPSoC的设计方法1206.7CAP-OS：用于RAMPSoC配置访问端口操作系统1236.8小结与展望126参考文献126第3部分多处理器系统的物理设计第7章设计工具和芯片物理设计模型1317.1简介1317.2MOS复杂门的应用1327.3减少线长1337.4减少功率1347.5布局策略1347.6一个晶体管网络的布局1357.7使用ASTRAN帮助模拟单元的合成1397.8小结140参考文献141第8章电源感知多核SoC芯片和NoC设计1428.1简介1428.2功率估算模型：从电子表格到功率状态机1458.2.1处理器的功耗模型1478.2.2存储功耗模型1488.2.3片上互连的功耗模型1488.2.4功率模型的嵌入式软件1508.2.5功率估算、分析和优化工具1518.2.6标准化和功率格式1538.3电源管理1548.3.1管理技术分类1558.3.2功率的动态监测和散热管理1568.4未来趋势159参考文献160第4部分多处理器系统的趋势与挑战第9章嵌入式多核系统：设计挑战与机遇1679.1简介1679.2真实世界的要求1689.2.1恒功率持续的高性能要求1689.2.2高级系统集成的需求1689.3产业增长的驱动力和可持续发展的大趋势1699.3.1互动世界1709.3.2连通世界1709.3.3安全世界1709.4区分多核SoC特性1729.4.1虚拟化1729.4.2异构多核系统1739.5多核设计：关键因素1749.6性能1749.7系统带宽1759.8软件复杂性1769.9SoC集成1769.9.1面积和功率1779.9.2互连的关键作用1789.9.3互连拓扑的选择1799.9.4软件1809.9.5异构多核1809.10多核设计：挑战与机遇1819.10.1汇合点性能目标1819.10.2基于标准的编程模型1839.10.3高级调试与优化1879.11小结187参考文献188第10章高性能多处理器片上系统：面向大规模市场的芯片架构18910.1简介18910.1.1大规模市场与高性能18910.2比例形式与用户期望19210.2.1比例的限制19310.3CPU的趋势19410.3.1功率19510.3.2暗硅19510.3.3如何处理暗硅19810.4小结203参考文献204第11章侵入计算：概述20511.1简介20511.1.1并行处理已经成为主流20611.1.2在未来2020年及以后的困难和不足20811.1.3侵入计算的挑战和原则20911.1.4支持侵入计算的架构挑战20911.1.5用于侵入计算支持
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原 书 前 言根据摩尔定律，可以预见在未来10年间半导体的集成密度会进一步提高，这预示着在一片小小的芯片上将会集成数以几十亿计的晶体管。然而越来越明显的是，使用更为深入的传送途径和更具实力的超标宽流量技术来开发这样规模的并行指令水平已经到达极限了，同时，对于大存储量的片上闪存来说，大部分晶体管预算也是这样的情况。特别需要指出的是，由于散热和高能耗问题，使用较高的时钟频率来改善系统的性能已经变得举步维艰。尤其是后者（指高能耗问题），不仅仅对于移动系统和设备来说成为了技术性的问题，而且由高能耗造成的在预算中的显著成本因素很快就会成为计算中心的心腹之患。由此可见，在任何系统层面，提高系统性能只有开发并行计算这条路可走了。因此，对于高性能计算系统、高端服务器以及嵌入式系统，多核架构的大规模范式性的改变正在悄然形成。在单一芯片上集成多核可以使系统显著地提高其性能，而无需提高时钟频率。对于同样的性能来讲，多核架构比单核架构有更好的性瓦比［性能和能耗之比，功率单位为瓦特（简称瓦）］。在科学计算中，对于CPU（中央处理单元）时间消耗较大的场合，将多核技术和协处理器技术结合起来可以大大提升计算能力。同时，对于在嵌入式领域特殊目的的应用，这种技术也同样有用武之地。特别是在硬件中，通过实施其计算密集核，基于加速器的FPGA（现场可编程序门阵列）不仅仅提供了给某个应用提速的机会，而且也适应了该应用的动态行为。本书的目的是评价在MPSoC（多处理器片上系统）架构中未来的系统设计策略，在硬件设计和工具集成（现存的开发工具）两个方面展开讨论。当然，在MPSoC与可重构架构相结合的新趋势方面，本书也作为一个研究主题。本书主要的重点内容是在系统架构、设计流程、工具开发、应用以及系统设计方面。作者衷心地感谢所有文献作者及其合作者为本书最终付梓所作出的杰出贡献。此外，还要感谢Springer集团的Amanda Davis夫人、Charles Glaser先生以及Jeya Ruby女士所给予的大力支持和耐心帮助。Michael Hbner和Jrgen Becker 于德国巴登
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