嵌入式流處理器

國內的處理器設計現在還主要處于功能仿制階段,有單位正在研制具有MMX指令的奔騰芯片,以及具有數據并行處理能力的TMS 320C6711等芯片。就數據并行性計算來說,高性能奔騰處理器是通過57條MMX指令來支持數據并行性計算的,但其數據并行計算的程度是很低的,只能支持8個8位數據,或4個16位數據,或2個32位數據的數據并行計算。也有單位九五期間自主設計研制了含有64（8×8）個處理元的PE芯片,研制了具有4096個處理元的SIMD協(xié)處理器的圖像處理機系統(tǒng)。但是,這些處理器還不能滿足像素幀巨大的嵌入式圖像處理應用的要求。

針對上述三個關鍵問題,近十多年來,國外對新一代多媒體處理器體系結構進行了廣泛的研究,有專用多媒體處理器、可編程多媒體處理器、向量處理器以及流處理器等體系結構。

　　專用多媒體處理器

針對三維圖形應用,SGI公司研制了名為InfiniteReality的專用多媒體處理器系統(tǒng)（1997年公布）。它由4個專用的幾何引擎（Geometry Engine）和80?320個專用的圖像引擎（Image Engine）構成,能提供每秒11,000,000次三角函數計算和每秒830,000,000個像素的處理。它是以存儲容量的冗余為代價來提高存儲器帶寬的。最近,NVIDIA公司研制了名為GeForce256的專用單芯片圖形處理器。該處理器能提供每秒15,000,000次峰值運算和每秒480,000,000個像素處理。這些專用多媒體處理器的缺點是只要算法稍有變化,性能就會急劇下降。

　　可編程多媒體處理器

Chromatic公司研制了名為Mpact的多媒體處理器（1996年公布）,Philip公司研制了名為TriMedia（1996年公布）和VSP（1994年公布）的多媒體處理器。它們比專用圖形處理系統(tǒng)要靈活得多。Mpact多媒體處理器有一個4KB的全局寄存器文件（Register file）,并且利用了高帶寬的Rambus DRAM來滿足3-D圖形處理對帶寬的需求。這個相當大的全局寄存器文件,在很大程度上減小了圖形處理中對工作頁面進行顯式緩存所需的帶寬量,進而減少了對存儲器的訪問次數。在奔騰等高性能處理器中,通過MMX,MAX-2,和VIS,增加了多媒體擴展,也就是增加了來自存儲器的預取流數據,并利用這些處理器中可以得到的數據帶寬,增加了浮點數據類型SIMD操作,以支持數據并行性。

　　向量處理器

向量處理器是通過向量操作來支持數據并行性的處理器。為了有效地利用向量計算中的數據并行性,向量處理器的結構通常包括向量寄存器文件、深度流水的ALU和一維的SIMD組織形式的多種組合。向量寄存器文件存儲的是數據向量,而不是單個的數據字,它們是在對向量進行操作時,順序地進行傳送的。不僅圖像處理采用向量處理器技術,當前世界上處理速度最快的超級計算機——日本NEC的《地球仿真測試系統(tǒng)》,也是以0.15mm工藝實現的向量處理器為基礎,由5120個向量處理器（共有640個節(jié)點,每個節(jié)點有8個向量處理器）組成的。

　　流處理器

流處理器是直接將多媒體的圖形數據流映射到流處理器上進行處理的,有可編程和不可編程兩種。1995年公布的名為Cheops中的流處理器,是針對某一個特定的視頻處理功能而設計的一種不可編程的流處理器。但為了得到一定的靈活性,系統(tǒng)中也包含一個通用的可編程處理器。

從1996年到2001年,MIT和Standford針對圖像處理的應用,研制了名為Imagine 的可編程流處理器。Imagine流處理器沒有采用cache,而是采用一個流寄存器文件SRF(Stream Register File),作為流（主）存儲器與處理器寄存器之間的緩沖存儲器,來解決存儲器帶寬問題的。流存儲器與SRF之間的帶寬是2GB/s,SRF與處理器寄存器之間的帶寬是32GB/s, ALU簇（ALU Cluster）內寄存器與ALU之間的帶寬是544GB/s,三種帶寬的比例關系為1:16:272。