分形計算系統

《分形計算系統》由中國科學院計算技術研究所智能處理器研究中心特別研究助理趙永威撰寫，
內容榮獲2021年度CCF優秀博士學位論文獎。
全書針對並行編程難、異構編程難、大規模系統編程難、跨系統編程難等諸多編程難題，
受到分形幾何思想的啟發，提出了分形計算的概念，以回應編程難題。
《分形計算系統》的具體貢獻可概括為三點：
第一，提出了分形計算模型；
第二，提出了分形馮·諾依曼體系結構；
第三，提出了可重配分形指令集結構。

《分形計算系統》共五章：
第1章緒論，主要介紹了研究背景、研究問題和研究內容。
研究問題介紹了編程難題、問題來源和全書聚焦的問題。
研究內容介紹了分形計算系統的主要原理、組成部分以及全書做出的主要貢獻。
第2章分形計算模型，首先介紹了相關研究內容、模型、實例和性質，
又從執行開銷、模擬執行、性能比較等方面介紹了分形計算模型的優勢。
第3章分形馮·諾依曼體系結構，首先介紹了機器學習計算機的案例背景，
其次介紹了分形馮·諾依曼體系結構，然後介紹了分形機器學習計算機Cambricon-F、編程和執行方式，*後展示了實驗方案和實驗結果。
第4章分形可重配指令集機構，重點介紹了分形指令集結構的失效現象、分形可重配指令集結構、
Cambricon-FR結構支持、專用編程語言，並且展示了實驗方案和實驗結果。
第5章討論與總結，對全書的研究內容進行了討論和總結，並對未來的研究工作進行了展望。
 

趙永威
中國科學院計算技術研究所智能處理器研究中心特別研究助理、博士後。
於2015年在華中科技大學獲得學士學位，
於2020年在中國科學院大學獲得博士學位，獲2021年度CCF優秀博士學位論文獎。
曾參與了“寒武紀”系列智能處理器的系統軟件研發工作，目前從事體系結構領域基礎研究，已發表學術論文10篇。

第1章緒論
1.1 研究背景1
1.2 研究問題5
1.2.1 編程難題5
1.2.2 問題來源7
1.2.3 本書針對的問題11
1.3 研究內容11
1.3.1 主要原理12
1.3.2 分形計算系統的組成12
1.3.3 本書的主要貢獻點15
第2章分形計算模型
2.1 相關工作17
2.2 模型21
2.3 實例24
2.3.1 簡單並行算法25
2.3.2 分治算法27
2.3.3 動態規划算法29
2.3.4 示例程序的執行32
2.4 性質35
2.5 實例的執行開銷41
2.6 在分形計算機上模擬執行46
2.7 與其他並行計算模型的比較48
2.8 小結
第3章分形馮·諾依曼體系結構
3.1 案例背景介紹：機器學習計算機51
3.2 分形馮·諾依曼體系結構概況53
3.3 機器學習應用負載的分形表示57
3.3.1 共性計算原語57
3.3.2 分形運算59
3.4 分形機器學習計算機Cambricon-F 61
3.4.1 指令集結構61
3.4.2 控制結構62
3.4.3 流水線67
3.4.4 內存管理68
3.5 編程和執行方式71
3.5.1 編程71
3.5.2 執行73
3.6 實驗
3.6.1 實驗方案
3.6.2 實驗結果
3.7 小結
第4章分形可重配指令集結構
4.1 分形指令集結構的失效現象86
4.2 分形可重配指令集結構概況90
4.3 Cambricon-FR 結構支持93
4.4 專用編程語言95
4.5 實驗100
4.5.1 實驗方案100
4.5.2 實驗結果
4.6 小結106
第5章討論與總結
5.1 討論107
5.2 未來研究工作展望112
5.3 總結114