可重構(gòu)計算：高效靈活的計算技術(shù)
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通信應用的特征是使用大量的分支指令，這主要是由通信應用中復雜的控制流導致的，但其中較少使用到算術(shù)和移位等操作。
可以看到，這幾類應用都是屬于計算密集型應用，可以利用硬件加速計算核心的執(zhí)行來提高整個應用的性能。應用中較少使用到浮點算術(shù)操作，這一點也正好適合利用硬件實現(xiàn)。在多媒體和通信應用中，大量的操作都是針對寬度為一個或多個字節(jié)的數(shù)據(jù)進行的，而在加/解密應用中主要處理的是寬度為1的位數(shù)據(jù)。針對應用中的這些差異，當前的商業(yè)化可重構(gòu)邏輯器件中提供了大量的不同粒度的資源來支持不同數(shù)據(jù)寬度的計算。因此，上述在嵌入式領域中的主流應用都非常適合利用可重構(gòu)計算技術(shù)實現(xiàn)。
可重構(gòu)計算技術(shù)具有很好的低能耗特征。在傳統(tǒng)的處理器計算模式中，大量的能耗耗費在指令的取指、譯碼過程中；IC模式則因為在硬件電路的設計過程中針對特定應用進行充分優(yōu)化，具有較低的能耗損失。在可重構(gòu)計算系統(tǒng)中，能耗最高的計算核心部分轉(zhuǎn)移到了可重構(gòu)邏輯器件上執(zhí)行，減輕了通用處理器的負擔，減少了相關(guān)的能耗。當應用在可重構(gòu)邏輯器件上執(zhí)行時，可重構(gòu)邏輯器件還可以利用自己的器件特性做調(diào)整來達到減少系統(tǒng)能耗的目的。例如，在現(xiàn)有的商業(yè)化可重構(gòu)邏輯器件中，芯片上同時存在著多個時鐘域，不同的時鐘域可以具有各自的時鐘頻率?？芍貥?gòu)邏輯器件能夠為芯片上用于執(zhí)行應用的那部分資源提供高的時鐘頻率以提高性能，同時可以將其他閑置部分的時鐘頻率降低以降低能耗，甚至有的器件可以利用門控時鐘對芯片上沒有在執(zhí)行計算任務的部分給予斷電處理，進一步降低整個系統(tǒng)的能耗損失。
可重構(gòu)計算技術(shù)還具有天生的容錯（fault-tolerant）特性。因為可重構(gòu)邏輯器件的可重構(gòu)特性為錯誤的檢測、診斷提供了方便。同時，可重構(gòu)邏輯器件擁有大量的可重構(gòu)邏輯資源，又為錯誤的掩蓋、修復提供了基礎。當可重構(gòu)邏輯器件上出現(xiàn)錯誤，導致系統(tǒng)故障的時候，可以將可重構(gòu)邏輯器件上的一部分配置為測試模式發(fā)生器，對器件上的某些區(qū)域做測試，同時還可以利用器件上的其他資源對測試結(jié)果進行分析，以得到具體的錯誤信息。一旦將錯誤定位后，可以采用對可重構(gòu)邏輯器件重新配置的方法，避開產(chǎn)生錯誤的芯片區(qū)域，利用其周邊的其他可重構(gòu)邏輯資源組合替代原本在出錯區(qū)域上實現(xiàn)的功能?？芍貥?gòu)計算系統(tǒng)的高容錯性和極強的可靠性滿足了惡劣的工作環(huán)境對計算系統(tǒng)的苛刻要求，因此當前在航空航天軍事等領域?qū)芍貥?gòu)計算系統(tǒng)的需求逐漸增大，例如NASA就已經(jīng)將運行時可重構(gòu)計算系統(tǒng)的研發(fā)和應用列入了2005年的火星探測計劃當中。
可重構(gòu)計算技術(shù)大大縮短了產(chǎn)品上市時間。可重構(gòu)邏輯器件在很長一段時間里主要用于進行硬件系統(tǒng)的原型設計。這一點在當前新的應用需求下有了進一步發(fā)展。利用可重構(gòu)計算技術(shù)的原型系統(tǒng)在經(jīng)過針對不同應用的不同配置后就成為了相應的產(chǎn)品可以直接投放市場，這消除了需要針對各個應用進行單獨設計帶來的時間開銷，同時減少了設計中出現(xiàn)錯誤的概率，系統(tǒng)的可靠性也得到了提高。另外，當前的很多應用領域瞬息萬變，各種新標準新應用層出不窮。在這種情況下，可重構(gòu)計算系統(tǒng)能夠“以不變應萬變”，仍舊利用現(xiàn)有資源，根據(jù)實際情況及時調(diào)整系統(tǒng)功能以滿足市場需求。
在一些關(guān)鍵任務執(zhí)行中，很多任務要到開始前一刻才能最終確定，可重構(gòu)計算系統(tǒng)的存在無疑為這類應用也提供了有力的支持。仍舊以NASA為例，他們在航天飛機發(fā)射前的幾個小時內(nèi)，才會把當前的一些重要信息配置到機上的可重構(gòu)邏輯器件中。在火星車的設計中，也在大量關(guān)鍵部件上使用了可重構(gòu)邏輯器件，以滿足系統(tǒng)可能的變動要求。
可重構(gòu)計算技術(shù)還有很多優(yōu)勢。例如，相對于傳統(tǒng)的一個平臺支持一個應用的做法，可重構(gòu)計算系統(tǒng)中的同一套硬件設備可以支持多個應用，大大減輕了系統(tǒng)重量，這對于那些對重量有著嚴格要求的應用領域非常有利。比如，嵌入式領域的“穿戴計算”，還有航天領域里的衛(wèi)星系統(tǒng)等等。
當前的可重構(gòu)計算技術(shù)主要還是用于尖端技術(shù)領域中的計算平臺，但隨著可重構(gòu)邏輯器件成本逐漸降低，運行時可重構(gòu)計算技術(shù)不斷完善，我們有理由相信可重構(gòu)計算技術(shù)具備的種種優(yōu)勢會使其在更多的領域里大有作為。
面臨的關(guān)鍵難題
前文已經(jīng)提到，可重構(gòu)計算技術(shù)的研究焦點是運行時可重構(gòu)技術(shù)。對運行時可重構(gòu)技術(shù)的研究和應用主要是為了解決在下述兩種情況下可重構(gòu)計算系統(tǒng)中存在的問題。
第一種情況是為了減少應用執(zhí)行的啟動時間。可重構(gòu)計算系統(tǒng)可以先在器件上配置好應用執(zhí)行的啟動所必需的功能，讓應用運行起來。在應用開始執(zhí)行的同時再在器件的其他部分上配置出后續(xù)執(zhí)行所需要的功能，而不必等待整個應用都配置完成后才開始運行，如圖3所示。 本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/191609.htm
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