軟件定義芯片.上冊

目錄
上冊
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 概念演變 2
1.1.1 半導體集成電路發展背景 4
1.1.2 計算芯片體系架構發展背景 5
1.1.3 軟件定義芯片VS.可編程器件 7
1.1.4 軟件定義芯片VS.動態可重構計算 7
1.2 可編程器件發展 10
1.2.1 歷史發展分析 10
1.2.2 FPGA的技術原理 11
1.2.3 FPGA發展面臨的問題 14
1.2.4 軟件定義芯片的顛覆性 16
1.3 國內外研究與產業現狀 17
1.3.1 經典可編程器件的發展現狀和趨勢 17
1.3.2 軟件定義芯片的研究現狀 18
參考文獻 20
第2章 軟件定義芯片概述 24
2.1 基本原理 25
2.1.1 必要性分析 25
2.1.2 技術實現方法 28
2.1.3 技術對比 45
2.2 特性分析 51
2.2.1 高計算效率 51
2.2.2 編程門檻低 56
2.2.3 容量不受限 57
2.2.4 高硬件安全 57
2.3 關鍵研究問題 59
2.3.1 編程模型與靈活性 62
2.3.2 硬件架構與高效性 63
2.3.3 編譯方法與易用性 64
參考文獻 65
第3章 硬件架構與電路 69
3.1 軟件定義架構的設計原語 70
3.1.1 計算和控制 70
3.1.2 片上存儲 96
3.1.3 對外接口 105
3.1.4 片上互連 111
3.1.5 配置系統 117
3.1.6 小結 121
3.2 軟件定義架構的開發框架 122
3.2.1 架構設計空間探索 123
3.2.2 敏捷硬件開發實例 134
3.2.3 小結 148
3.3 軟件定義電路的設計空間 148
3.3.1 可調電路探索 149
3.3.2 模擬計算探索 152
3.3.3 近似計算探索 157
3.3.4 概率計算探索 165
3.3.5 小結 166
參考文獻 166
第4章 編譯系統 174
4.1 編譯系統概述 175
4.1.1 靜態編譯流程 175
4.1.2 動態編譯流程 178
4.2 靜態編譯方法 179
4.2.1 中間表達形式 179
4.2.2 映射問題抽象與建模 186
4.2.3 軟件流水與模調度 192
4.2.4 整數線性規劃 212
4.2.5 非規則的任務映射 223
4.3 動態編譯方法 241
4.3.1 硬件資源虛擬化 242
4.3.2 基於指令流的動態編譯 248
4.3.3 基於配置流的動態編譯 257
參考文獻 270
彩圖
下冊
序
前言
第1章 編程模型 1
1.1 軟件定義芯片的編程模型困境 2
1.2 三條路線 3
1.3 三大障礙 5
1.3.1 馮·諾依曼架構與隨機存取機模型 6
1.3.2 內存牆 8
1.3.3 功耗牆 12
1.3.4 I/O牆 21
1.4 三元悖論 24
1.5 三類探索 27
1.5.1 空域並行性與非規則應用 27
1.5.2 空域並行性的編程模型 31
1.6 本章小結與展望 60
參考文獻 62
第2章 硬件安全性和可靠性 65
2.1 安全性 66
2.1.1 故障攻擊防禦技術 66
2.1.2 抗側通道攻擊防禦技術 70
2.1.3 基於軟件定義芯片的PUF技術 79
2.2 可靠性 89
2.2.1 基於最大流算法的拓撲結構重構方法 90
2.2.2 可重構片上網絡多目標聯合映射優化方法 99
參考文獻 115
第3章 技術難點與發展趨勢 120
3.1 技術難點分析 120
3.1.1 靈活性：軟硬件協同的可編程性設計 121
3.1.2 高效性：硬件並行性和利用率的權衡 123
3.1.3 易用性：軟件調度的虛擬化硬件優化 127
3.2 發展趨勢展望 129
3.2.1 應用驅動的軟硬件一體化設計 129
3.2.2 存算融合的多層次並行化設計 132
3.2.3 軟件透明的硬件動態優化設計 139
參考文獻 142
第4章 當前應用領域 148
4.1 應用領域分析 148
4.2 人工智能 151
4.2.1 算法分析 151
4.2.2 人工智能芯片研究現狀 154
4.2.3 軟件定義人工智能芯片 165
4.3 5G通信基帶 173
4.3.1 算法分析 173
4.3.2 通信基帶芯片研究現狀 178
4.3.3 軟件定義通信基帶芯片 184
4.4 密碼計算 191
4.4.1 密碼算法分析 192
4.4.2 密碼芯片研究現狀 197
4.4.3 軟件定義密碼芯片 201
4.5 處理器硬件安全 207
4.5.1 概念及研究現狀 207
4.5.2 CPU硬件安全威脅分析 207
4.5.3 現有應對方案 209
4.5.4 基於軟件定義芯片的CPU 硬件安全技術 210
4.6 圖計算 217
4.6.1 圖算法的背景介紹 218
4.6.2 圖計算的編程模型 222
4.6.3 圖計算硬件架構研究進展 226
4.6.4 展望 238
4.7 網絡協議 239
4.7.1 軟件定義網絡協議 240
4.7.2 軟件定義網絡芯片研究現狀 245
4.7.3 軟件定義網絡芯片技術 255
參考文獻 259
第5章 未來應用前景 268
5.1 可演化智能計算 269
5.1.1 可演化智能計算的概念與應用 269
5.1.2 可演化智能計算的歷史與現狀 270
5.1.3 軟件定義可演化智能計算芯片 274
5.2 後量子密碼 275
5.2.1 後量子密碼算法的概念與應用 276
5.2.2 後量子密碼芯片研究現狀 280
5.2.3 軟件定義後量子密碼芯片 284
5.3 全同態加密 285
5.3.1 全同態加密的概念與應用 286
5.3.2 全同態加密芯片研究現狀 288
5.3.3 軟件定義全同態加密計算芯片 290
參考文獻 297
彩圖