रेकॉन्फ़िगरेबल कंप्यूटिंग: Difference between revisions

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पुनर्संरचना योग्य कंप्यूटिंग मशीन प्रतिमान का मूलभूत नमूना , डेटा-स्ट्रीम-आधारित एंटी मशीन को पहले प्रस्तुत  किए गए अन्य मशीन प्रतिमानों के अंतरों द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है, जैसा कि [[निक ट्रेडेनिक]] की कंप्यूटिंग प्रतिमानों की निम्नलिखित वर्गीकरण योजना द्वारा दिखाया गया है (तालिका 1 देखें: निक) ट्रेडनिक का प्रतिमान वर्गीकरण योजना)।<ref>N. Tredennick: The Case for Reconfigurable Computing; Microprocessor Report, Vol. 10 No. 10, 5 August 1996, pp 25–27.</ref>
रीकॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग मशीन नमूनो का मूलभूत मॉडल डेटा स्ट्रीम आधारित एंटी मशीन को अन्य मशीन नमूनो के अंतरों द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है जो कि पहले प्रस्तुत  किए गए थे, जैसा कि [[निक ट्रेडेनिक]] की कंप्यूटिंग नमूनो की निम्नलिखित वर्गीकरण योजना द्वारा दिखाया गया है, तालिका1, निक ट्रेडेनिक की नमूनो के वर्गीकरण योजना देखें।<ref>N. Tredennick: The Case for Reconfigurable Computing; Microprocessor Report, Vol. 10 No. 10, 5 August 1996, pp 25–27.</ref>
===हार्टनस्टीन का एक्सप्यूटर ===
{{main|एक्सप्यूटर}}


 
कंप्यूटर वैज्ञानिक रेनर हार्टनस्टाइन एक एंटी-मशीन के संदर्भ में पुन: संयोजन योग्य कंप्यूटिंग का वर्णन करते हैं, जो उनके अनुसार अधिक परंपरागत [[वॉन न्यूमैन वास्तुकला]] से दूर एक मौलिक नमूना का प्रतिनिधित्व करता है।<ref>Hartenstein, R. 2001. A decade of reconfigurable computing: a visionary retrospective. In ''Proceedings of the Conference on Design, Automation and Test in Europe (DATE 2001)'' (Munich, Germany). W. Nebel and A. Jerraya, Eds. Design, Automation, and Test in Europe. IEEE Press, Piscataway, NJ, 642–649.</ref> हार्टनस्टीन इसे रीकॉन्फ़िगर कम्प्यूटिंग पैराडॉक्स कहा है कि एफपीजीए माइग्रेशन के लिए सॉफ्टवेयर को कॉन्फ़िगर करने के लिए सॉफ़्टवेयर के परिणामों के चार से अधिक क्रमों तक के स्पीड अप कारकों के साथ-साथ बिजली की खपत में लगभग कमी हो जाती है। चूंकि, प्रोद्योगिकीय पैरामीटर परिमाण के लगभग चार क्रमों से एफपीजीए गॉर्डन मूर वक्र के पीछे होता है और घड़ी की आवृत्ति माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में काफी कम है। इस पैराडॉक्स को आंशिक रूप से [[वॉन न्यूमैन टोंटी|वॉन न्यूमैन सिंड्रोम]] द्वारा समझाया गया है।
===हार्टनस्टीन का एक्सप्यूटर ===
{{main|Xputer}}
कंप्यूटर वैज्ञानिक रेनर हार्टनस्टाइन एक एंटी-मशीन के संदर्भ में पुन: संयोजन योग्य कंप्यूटिंग का वर्णन करते हैं, जो उनके अनुसार, अधिक परंपरागत [[वॉन न्यूमैन वास्तुकला]] से दूर एक मौलिक प्रतिमान का प्रतिनिधित्व करता है।<ref>Hartenstein, R. 2001. A decade of reconfigurable computing: a visionary retrospective. In ''Proceedings of the Conference on Design, Automation and Test in Europe (DATE 2001)'' (Munich, Germany). W. Nebel and A. Jerraya, Eds. Design, Automation, and Test in Europe. IEEE Press, Piscataway, NJ, 642–649.</ref> Hartenstein इसे Reconfigurable Computing Paradox कहते हैं, कि सॉफ़्टवेयर-टू-कॉन्फ़िगरवेयर (सॉफ़्टवेयर-टू-FPGA) माइग्रेशन के परिणामस्वरूप परिमाण के चार से अधिक ऑर्डर तक के स्पीड-अप कारकों के साथ-साथ बिजली की खपत में लगभग कमी हो जाती है। परिमाण के चार आदेश - चूंकि  FPGAs के तकनीकी पैरामीटर परिमाण के लगभग चार आदेशों द्वारा मूर के नियम के पीछे हैं, और घड़ी की आवृत्ति माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में अधिक  कम है। इस विरोधाभास को आंशिक रूप से [[वॉन न्यूमैन टोंटी]] द्वारा समझाया गया है।


== उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग ==
== उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग ==
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2008 के एक पेपर ने परिमाण के 4 से अधिक आदेशों के गति-अप कारकों और परिमाण के लगभग 4 आदेशों तक ऊर्जा बचत कारकों की सूचना दी।<ref name="Tarek2008">{{cite journal |title= उच्च-प्रदर्शन पुन: उपयोग योग्य कंप्यूटिंग का वादा|authors= Tarek El-Ghazawi |journal= IEEE Computer |volume= 41 |number=2 |pages= 69–76 |date= February 2008 |doi= 10.1109/MC.2008.65 |display-authors=etal|citeseerx= 10.1.1.208.4031 |s2cid= 14469864 }}</ref>
2008 के एक पेपर ने परिमाण के 4 से अधिक आदेशों के गति-अप कारकों और परिमाण के लगभग 4 आदेशों तक ऊर्जा बचत कारकों की सूचना दी।<ref name="Tarek2008">{{cite journal |title= उच्च-प्रदर्शन पुन: उपयोग योग्य कंप्यूटिंग का वादा|authors= Tarek El-Ghazawi |journal= IEEE Computer |volume= 41 |number=2 |pages= 69–76 |date= February 2008 |doi= 10.1109/MC.2008.65 |display-authors=etal|citeseerx= 10.1.1.208.4031 |s2cid= 14469864 }}</ref>
कुछ सुपरकंप्यूटर कंपनियां त्वरक के रूप में FPGAs सहित विषम प्रसंस्करण ब्लॉकों की प्रस्तुत कश करती हैं।{{citation needed |date= August 2011}}
कुछ सुपरकंप्यूटर कंपनियां त्वरक के रूप में FPGAs सहित विषम प्रसंस्करण ब्लॉकों की प्रस्तुत कश करती हैं।{{citation needed |date= August 2011}}
एक अनुसंधान क्षेत्र ऐसी विषम प्रणालियों के लिए प्राप्त जुड़वां-प्रतिमान प्रोग्रामिंग टूल फ्लो उत्पादकता है।<ref name="Esam2009">{{cite journal |author1= Esam El-Araby |author2= Ivan Gonzalez |author3= Tarek El-Ghazawi |title= उच्च-निष्पादन पुनर्विन्यास योग्य कंप्यूटिंग के लिए आंशिक रनटाइम पुनर्विन्यास का उपयोग करना|journal= ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems |volume= 1 |number= 4 |date= January 2009 |doi= 10.1145/1462586.1462590 |pages=1–23|s2cid= 10270587 }}</ref>
एक अनुसंधान क्षेत्र ऐसी विषम प्रणालियों के लिए प्राप्त जुड़वां-नमूना प्रोग्रामिंग टूल फ्लो उत्पादकता है।<ref name="Esam2009">{{cite journal |author1= Esam El-Araby |author2= Ivan Gonzalez |author3= Tarek El-Ghazawi |title= उच्च-निष्पादन पुनर्विन्यास योग्य कंप्यूटिंग के लिए आंशिक रनटाइम पुनर्विन्यास का उपयोग करना|journal= ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems |volume= 1 |number= 4 |date= January 2009 |doi= 10.1145/1462586.1462590 |pages=1–23|s2cid= 10270587 }}</ref>
यूएस [[ राष्ट्रीय विज्ञान संस्था ]] के पास उच्च-प्रदर्शन पुन: उपयोग योग्य कंप्यूटिंग (CHREC) के लिए एक केंद्र है।<ref>{{cite web |title= उच्च-प्रदर्शन पुनर्विन्यास योग्य कंप्यूटिंग के लिए NSF केंद्र|work= official web site |url= http://www.chrec.org/ |access-date= August 19, 2011 }}</ref>
यूएस [[ राष्ट्रीय विज्ञान संस्था ]] के पास उच्च-प्रदर्शन पुन: उपयोग योग्य कंप्यूटिंग (CHREC) के लिए एक केंद्र है।<ref>{{cite web |title= उच्च-प्रदर्शन पुनर्विन्यास योग्य कंप्यूटिंग के लिए NSF केंद्र|work= official web site |url= http://www.chrec.org/ |access-date= August 19, 2011 }}</ref>
अप्रैल 2011 में यूरोप में चौथा बहु-कोर और पुन: संयोजन योग्य सुपरकंप्यूटिंग सम्मेलन आयोजित किया गया था।<ref>{{cite web |title=कई-कोर और पुन: संयोजन योग्य सुपरकंप्यूटिंग सम्मेलन|year=2011 |work=official web site |url=http://www.mrsc2011.eu/ |archive-url=https://web.archive.org/web/20101012042408/http://www.mrsc2011.eu/ |url-status=dead |archive-date=October 12, 2010 |access-date=August 19, 2011 }}</ref>
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Revision as of 23:55, 23 March 2023

रीकॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग एक कंप्यूटर आर्किटेक्चर के रूप में होता है, जो फील्ड प्रोग्रामेबल गेट एरेज़ एफपीजीए, जैसे बहुत लचीले हाई स्पीड कंप्यूटिंग फैब्रिक्स के साथ हार्डवेयर के उच्च प्रदर्शन के साथ सॉफ्टवेयर के कुछ लचीलेपन को जोड़ती है। सामान्य माइक्रोप्रोसेसर के प्रयोग से तुलना करने पर मुख्य अंतर यह है कि नियंत्रण प्रवाह के अतिरिक्त स्वयं डेटापथ में पर्याप्त परिवर्तन करने की क्षमता होती है। दूसरी ओर कस्टम हार्डवेयर अर्थात अनुप्रयोग विशिष्ट एकीकृत परिपथ (एएसआईसीएस) से मुख्य अंतर पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य संरचना पर एक नया परिपथ लोड करके रनटाइम के समय हार्डवेयर को अनुकूलित करने की घटना,के रूप में होती है।

इतिहास

रीकॉन्फ़िगर योग्य कंप्यूटिंग की अवधारणा 1960 के दशक से अस्तित्व में है, जब गेराल्ड एस्ट्रिन के पेपर ने एक मानक प्रोसेसर से बने कंप्यूटर की अवधारणा और रीकॉन्फ़िगर योग्य हार्डवेयर की एक सरणी का प्रस्ताव रखा था।[1][2] मुख्य प्रोसेसर पुन: संयोजन योग्य हार्डवेयर के व्यवहार को नियंत्रित करता है। और बाद वाले को एक विशिष्ट कार्य करने के लिए अनुकूलित रूप में रखता है, जैसे कि इमेज प्रोसेसिंग या पैटर्न मिलान जितनी जल्दी हो सके हार्डवेयर का एक समर्पित भाग के रूप में होता है। एक बार कार्य पूरा हो जाने के बाद हार्डवेयर को किसी अन्य कार्य को करने के लिए समायोजित किया जा सकता है। इसके परिणामस्वरूप एक हाइब्रिड कंप्यूटर संरचना के रूप में हार्डवेयर की गति के साथ सॉफ्टवेयर के लचीलेपन के संयोजन से बनती है।

1980 और 1990 के दशक में अनुसंधान के इस क्षेत्र में पुनर्जागरण हुआ, जिसमें उद्योग और अकादमियों में अनेक प्रस्तावित रीकॉन्फ़िगर योग्य आर्किटेक्चर का विकास हुआ,[3] जैसे: कोपाकोबाना, मैट्रिक्स, जीएआरपी,[4] एलिक्सेंट, एनजीईएन,[5] पोलिप,[6] मेरेजेन,[7] पैक्ट एक्सपीपी, सिलिकॉन हाइव, मोंटियम, प्लीएड्स, मॉर्फोसिस और पिकोगा के रूप में है।[8] सिलिकॉन प्रौद्योगिकी की निरंतर प्रगति के कारण इस तरह के डिजाइन संभव होते है, जिससे जटिल डिजाइनों को एक चिप पर लागू किया जा सकता है। इनमें से कुछ बड़े पैमाने पर समानांतर पुन: संयोजन योग्य कंप्यूटर मुख्य रूप से आणविक विकास तंत्रिका या छवि प्रसंस्करण जैसे विशेष उप डोमेन के लिए बनाए जाते है। दुनिया का पहला वाणिज्यिक पुनः कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटर, अल्गोट्रोनिक्स सीएचएस2एक्स4, 1991 में पूरा हुआ था। यह एक व्यावसायिक सफलता के रूप में नहीं थी, लेकिन पर्याप्त रूप से आशाजनक था कि कि फील्ड प्रोग्रामेबल गेट ऐरे एफपीजीए के आविष्कारक एक्सइलिनएक्स ने प्रोद्योगिकीय खरीदी और एल्गोट्रोनिक्स के कर्मचारियों को काम पर रखा।[9] बाद की मशीनों ने वैज्ञानिक सिद्धांतों के पहले प्रदर्शनों को सक्षम रूप में बनाया, जैसे कि मेरजेन के साथ जेनेटिक कोडिंग का सहज स्थानिक स्व-संगठन के रूप में होता है।[10]

सिद्धांत

ट्रेडनिक का वर्गीकरण

Table 1: Nick Tredennick’s Paradigm Classification Scheme
Early Historic Computers:
  Programming Source
Resources fixed none
Algorithms fixed none
von Neumann Computer:
  Programming Source
Resources fixed none
Algorithms variable Software (instruction streams)
Reconfigurable Computing Systems:
  Programming Source
Resources variable Configware (configuration)
Algorithms variable Flowware (data streams)

रीकॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग मशीन नमूनो का मूलभूत मॉडल डेटा स्ट्रीम आधारित एंटी मशीन को अन्य मशीन नमूनो के अंतरों द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है जो कि पहले प्रस्तुत किए गए थे, जैसा कि निक ट्रेडेनिक की कंप्यूटिंग नमूनो की निम्नलिखित वर्गीकरण योजना द्वारा दिखाया गया है, तालिका1, निक ट्रेडेनिक की नमूनो के वर्गीकरण योजना देखें।[11]

हार्टनस्टीन का एक्सप्यूटर

Main article: एक्सप्यूटर

कंप्यूटर वैज्ञानिक रेनर हार्टनस्टाइन एक एंटी-मशीन के संदर्भ में पुन: संयोजन योग्य कंप्यूटिंग का वर्णन करते हैं, जो उनके अनुसार अधिक परंपरागत वॉन न्यूमैन वास्तुकला से दूर एक मौलिक नमूना का प्रतिनिधित्व करता है।[12] हार्टनस्टीन इसे रीकॉन्फ़िगर कम्प्यूटिंग पैराडॉक्स कहा है कि एफपीजीए माइग्रेशन के लिए सॉफ्टवेयर को कॉन्फ़िगर करने के लिए सॉफ़्टवेयर के परिणामों के चार से अधिक क्रमों तक के स्पीड अप कारकों के साथ-साथ बिजली की खपत में लगभग कमी हो जाती है। चूंकि, प्रोद्योगिकीय पैरामीटर परिमाण के लगभग चार क्रमों से एफपीजीए गॉर्डन मूर वक्र के पीछे होता है और घड़ी की आवृत्ति माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में काफी कम है। इस पैराडॉक्स को आंशिक रूप से वॉन न्यूमैन सिंड्रोम द्वारा समझाया गया है।

उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग

हाई-परफॉर्मेंस रिकंफिगरेबल कंप्यूटिंग (एचपीआरसी) एक कंप्यूटर आर्किटेक्चर है, जो सीपीयू या मल्टी-कोर प्रोसेसर | मल्टी-कोर माइक्रोप्रोसेसर के साथ क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला जैसे रीकॉन्फिगरेबल कंप्यूटिंग-आधारित एक्सेलेरेटर का संयोजन करता है।

एफपीजीए में तर्क की वृद्धि ने बड़े और अधिक जटिल एल्गोरिदम को एफपीजीए में प्रोग्राम करने में सक्षम बनाया है। पीसीआई एक्सप्रेस जैसी हाई स्पीड बस पर एक आधुनिक सीपीयू के लिए इस तरह के एफपीजीए के लगाव ने विन्यास योग्य तर्क को परिधीय के अतिरिक्त सह प्रोसेसर की तरह अधिक कार्य करने में सक्षम बनाया है। इसने पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग को उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग क्षेत्र में लाया है।

इसके अतिरिक्त , एक FPGA पर एक एल्गोरिथ्म की नकल करके या FPGAs की बहुलता के उपयोग से पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य SIMD सिस्टम को सक्षम किया जा सकता है, जहां कई कम्प्यूटेशनल डिवाइस अलग-अलग डेटा पर समवर्ती रूप से काम कर सकते हैं, जो अत्यधिक समानांतर कंप्यूटिंग है।

इस विषम प्रणाली तकनीक का उपयोग कंप्यूटिंग अनुसंधान और विशेष रूप से सुपर कम्प्यूटिंग में किया जाता है।[13] 2008 के एक पेपर ने परिमाण के 4 से अधिक आदेशों के गति-अप कारकों और परिमाण के लगभग 4 आदेशों तक ऊर्जा बचत कारकों की सूचना दी।[14] कुछ सुपरकंप्यूटर कंपनियां त्वरक के रूप में FPGAs सहित विषम प्रसंस्करण ब्लॉकों की प्रस्तुत कश करती हैं।[citation needed] एक अनुसंधान क्षेत्र ऐसी विषम प्रणालियों के लिए प्राप्त जुड़वां-नमूना प्रोग्रामिंग टूल फ्लो उत्पादकता है।[15] यूएस राष्ट्रीय विज्ञान संस्था के पास उच्च-प्रदर्शन पुन: उपयोग योग्य कंप्यूटिंग (CHREC) के लिए एक केंद्र है।[16] अप्रैल 2011 में यूरोप में चौथा बहु-कोर और पुन: संयोजन योग्य सुपरकंप्यूटिंग सम्मेलन आयोजित किया गया था।[17] IBM द्वारा अपने IBM पावर माइक्रोप्रोसेसरों के साथ FPGAs को एकीकृत करने की घोषणा के साथ वाणिज्यिक उच्च-प्रदर्शन पुनर्विन्यास योग्य कंप्यूटिंग सिस्टम उभरने लगे हैं।[18]


आंशिक रीकॉन्फ़िगर

आंशिक रीकॉन्फ़िगर पुन: संयोजन योग्य हार्डवेयर सर्किटरी के एक भाग को बदलने की प्रक्रिया है जबकि दूसरा भाग अपने पूर्व विन्यास को बनाए रखता है। क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला को अधिकांशतः आंशिक पुनर्संरचना के समर्थन के रूप में उपयोग किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेयर, सॉफ़्टवेयर की तरह, मॉड्यूलर रूप से डिज़ाइन किया जा सकता है, उप-घटक बनाकर और फिर उच्च-स्तरीय घटकों को तत्काल बनाने के लिए। कई स्थितियों में एफपीजीए अभी भी काम कर रहा है, जबकि इनमें से एक या कई उप-घटकों को स्वैप करने में सक्षम होना उपयोगी होता है।

सामान्यतः , एक एफपीजीए को पुन: कॉन्फ़िगर करने के लिए इसे रीसेट में रखने की आवश्यकता होती है जबकि बाहरी नियंत्रक उस पर एक डिज़ाइन पुनः लोड करता है। आंशिक पुनर्विन्यास डिज़ाइन के महत्वपूर्ण भागों को संचालन जारी रखने की अनुमति देता है जबकि एक नियंत्रक या तो FPGA पर या इसके बाहर आंशिक डिज़ाइन को पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य मॉड्यूल में लोड करता है। आंशिक पुनर्संरचना का उपयोग सिर्फ उन आंशिक डिज़ाइनों को संग्रहीत करके कई डिज़ाइनों के लिए स्थान बचाने के लिए किया जा सकता है जो डिज़ाइनों के बीच बदलते हैं।[19] एक संचार उपकरण का स्थिति जब आंशिक पुन: संयोजन उपयोगी होगा, इसके लिए एक सामान्य उदाहरण है। यदि डिवाइस कई कनेक्शनों को नियंत्रित कर रहा है, जिनमें से कुछ को कूटलेखन की आवश्यकता होती है, तो पूरे नियंत्रक को नीचे लाए बिना विभिन्न एन्क्रिप्शन कोर लोड करने में सक्षम होना उपयोगी होगा।

आंशिक पुनर्विन्यास सभी FPGAs पर समर्थित नहीं है। मॉड्यूलर डिजाइन पर जोर देने के साथ एक विशेष सॉफ्टवेयर प्रवाह की आवश्यकता होती है। सामान्यतः डिज़ाइन मॉड्यूल FPGA के अंदर अच्छी तरह से परिभाषित सीमाओं के साथ बनाए जाते हैं जिनके लिए डिज़ाइन को आंतरिक हार्डवेयर के लिए विशेष रूप से मैप करने की आवश्यकता होती है।

डिज़ाइन की कार्यक्षमता से, आंशिक पुनर्संरचना को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है:[20]

  • डायनेमिक आंशिक रीकॉन्फ़िगरेशन, जिसे एक सक्रिय आंशिक रीकॉन्फ़िगरेशन के रूप में भी जाना जाता है - डिवाइस के भाग को बदलने की अनुमति देता है जबकि बाकी FPGA अभी भी चल रहा है;
  • स्थैतिक आंशिक रीकॉन्फ़िगर - रीकॉन्फ़िगर प्रक्रिया के समय उपकरण सक्रिय नहीं है। जबकि आंशिक डेटा FPGA में भेजा जाता है, शेष डिवाइस को बंद कर दिया जाता है (शटडाउन मोड में) और कॉन्फ़िगरेशन पूर्ण होने के बाद ऊपर लाया जाता है।

उपस्थित ा सिस्टम

कंप्यूटर अनुकरण

An FPGA board is being used to recreate the Vector-06C computer

किफायती एफपीजीए बोर्डों के आगमन के साथ, छात्रों और शौकियों की परियोजनाएं पुराने कंप्यूटरों को फिर से बनाने या अधिक उपन्यास आर्किटेक्चर को लागू करने की तलाश करती हैं।[21][22][23] इस तरह की परियोजनाओं को पुनर्विन्यास योग्य हार्डवेयर (FPGAs) के साथ बनाया गया है, और कुछ उपकरण एकल पुनर्विन्यास योग्य हार्डवेयर (C-One) का उपयोग करके कई पुराने कंप्यूटरों के अनुकरण का समर्थन करते हैं।

कोपाकोबाना

एक पूरी तरह से FPGA-आधारित कंप्यूटर COPACOBANA, कॉस्ट ऑप्टिमाइज्ड कोडब्रेकर और एनालाइजर और इसका उत्तराधिकारी RIVYERA है। जर्मनी में बोचुम और कील विश्वविद्यालयों के COPACOBANA-Project की एक स्पिन-ऑफ कंपनी SciEngines GmbH पूरी तरह से FPGA- आधारित कंप्यूटरों का विकास जारी रखे हुए है।

मिट्रियोनिक्स

मित्रियोनिक्स ने एक एसडीके विकसित किया है जो एफपीजीए-आधारित कंप्यूटरों पर संकलित और निष्पादित होने के लिए एकल असाइनमेंट भाषा का उपयोग करके लिखे गए सॉफ़्टवेयर को सक्षम बनाता है। Mitrion-C सॉफ्टवेयर लैंग्वेज और Mitrion प्रोसेसर सॉफ्टवेयर डेवलपर्स को FPGA- आधारित कंप्यूटरों पर उसी तरह से अनुप्रयोग लिखने और निष्पादित करने में सक्षम बनाता है, जैसे अन्य कंप्यूटिंग तकनीकों के साथ, जैसे कि ग्राफिकल प्रोसेसिंग यूनिट ("GPUs"), सेल-आधारित प्रोसेसर, समानांतर प्रसंस्करण। इकाइयाँ ("पीपीयू"), मल्टी-कोर सीपीयू और पारंपरिक सिंगल-कोर सीपीयू क्लस्टर। (कारोबार से बाहर)

राष्ट्रीय उपकरण

नेशनल इंस्ट्रूमेंट्स ने कॉम्पैक्टरियो नामक एक हाइब्रिड एम्बेडेड कंप्यूटिंग सिस्टम विकसित किया है। इसमें यूजर-प्रोग्रामेबल FPGA, हॉट स्वैपेबल I/O मॉड्यूल, नियतात्मक संचार और प्रसंस्करण के लिए रीयल-टाइम कंट्रोलर, और रैपिड RT और FPGA प्रोग्रामिंग के लिए ग्राफिकल लैबव्यू सॉफ्टवेयर को पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य चेसिस हाउसिंग सम्मलित है।

Xilinx

Xilinx ने FPGA उपकरणों के आंशिक रीकॉन्फ़िगर की दो शैलियाँ विकसित की हैं: मॉड्यूल-आधारित और अंतर-आधारित। मॉड्यूल-आधारित आंशिक पुनर्विन्यास डिजाइन के अलग-अलग मॉड्यूलर भागों को फिर से कॉन्फ़िगर करने की अनुमति देता है, जबकि अंतर-आधारित आंशिक पुनर्संरचना का उपयोग तब किया जा सकता है जब एक डिज़ाइन में एक छोटा परिवर्तन किया जाता है।

इंटेल

इंटेल[24] उनके FPGA उपकरणों के 28 एनएम उपकरणों जैसे कि Stratix V, पर आंशिक रीकॉन्फ़िगर का समर्थन करता है[25] और 20 एनएम एरिया 10 डिवाइस पर।[26] Arria 10 के लिए Intel FPGA आंशिक पुनर्संरचना प्रवाह क्वार्टस प्राइम प्रो सॉफ़्टवेयर में पदानुक्रमित डिज़ाइन पद्धति पर आधारित है जहाँ उपयोगकर्ता FPGA के भौतिक विभाजन बनाते हैं जिन्हें पुन: कॉन्फ़िगर किया जा सकता है[27] रनटाइम पर जबकि शेष डिज़ाइन काम करना जारी रखता है। क्वार्टस प्राइम प्रो सॉफ्टवेयर भी पदानुक्रमित आंशिक पुनर्विन्यास और आंशिक पुनर्विन्यास के अनुकरण का समर्थन करता है।

सिस्टम का वर्गीकरण

एक उभरते हुए क्षेत्र के रूप में, पुनः विन्यास योग्य आर्किटेक्चर का वर्गीकरण अभी भी विकसित और परिष्कृत किया जा रहा है क्योंकि नए आर्किटेक्चर विकसित किए गए हैं; आज तक किसी एकीकृत वर्गीकरण का सुझाव नहीं दिया गया है। चूँकि , इन प्रणालियों को वर्गीकृत करने के लिए कई आवर्ती मापदंडों का उपयोग किया जा सकता है।

ग्रेन्युलैरिटी

रीकॉन्फिगरेबल लॉजिक की ग्रैन्युलैरिटी को सबसे छोटी फंक्शनल यूनिट (कॉन्फिगरेबल लॉजिक ब्लॉक, सीएलबी) के आकार के रूप में परिभाषित किया गया है जिसे मैपिंग टूल्स द्वारा संबोधित किया जाता है। उच्च ग्रैन्युलैरिटी, जिसे फाइन-ग्रेन्ड के रूप में भी जाना जा सकता है, अधिकांशतः हार्डवेयर में एल्गोरिदम को लागू करते समय अधिक लचीलेपन का अर्थ होता है। चूंकि , प्रति गणना आवश्यक रूटिंग की अधिक मात्रा के कारण बढ़ी हुई शक्ति, क्षेत्र और देरी के स्थिति में इसके साथ जुर्माना जुड़ा हुआ है। फाइन-ग्रेन्ड आर्किटेक्चर बिट-लेवल मैनीपुलेशन लेवल पर काम करते हैं; जबकि मोटे दाने वाले प्रसंस्करण तत्व (पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य डेटापथ इकाई, rDPU) मानक डेटा पथ अनुप्रयोगों के लिए बेहतर अनुकूलित हैं। मोटे दाने वाले आर्किटेक्चर की कमियों में से एक यह है कि वे अपने कुछ उपयोग और प्रदर्शन को खो देते हैं यदि उन्हें अपनी ग्रैन्युलैरिटी प्रदान करने की तुलना में छोटी संगणना करने की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए चार बिट चौड़ी कार्यात्मक इकाई पर एक बिट जोड़ने से तीन बिट बर्बाद हो जाएंगे। . एक ही चिप पर मोटे अनाज की सरणी (पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य डेटापथ सरणी, rDPA) और एक FPGA होने से इस समस्या को हल किया जा सकता है।

शब्द-चौड़ाई डेटा पथ (आरडीपीयू) की आवश्यकता वाले एल्गोरिदम के कार्यान्वयन के लिए मोटे अनाज वाले आर्किटेक्चर (आरडीपीए) का इरादा है। चूंकि उनके कार्यात्मक ब्लॉक बड़ी संगणनाओं के लिए अनुकूलित हैं और सामान्यतः शब्द विस्तृत अंकगणितीय तर्क इकाइयां (एएलयू) सम्मलित हैं, वे इन संगणनाओं को अधिक तेज़ी से और अधिक शक्ति दक्षता के साथ परस्पर छोटी कार्यात्मक इकाइयों के सेट की तुलना में निष्पादित करेंगे; यह कनेक्टिंग वायर के छोटे होने के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप वायर कैपेसिटेंस कम होता है और इसलिए तेज़ और कम पावर डिज़ाइन होता है। बड़े कम्प्यूटेशनल ब्लॉक होने का एक संभावित अवांछनीय परिणाम यह है कि जब ऑपरेंड का आकार एल्गोरिथम से मेल नहीं खा सकता है, तो संसाधनों का अक्षम उपयोग हो सकता है। चलाने के लिए अधिकांशतः अनुप्रयोगों के प्रकार पहले से ज्ञात होते हैं जिससे तर्क, मेमोरी और रूटिंग संसाधनों को डिवाइस के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए तैयार किया जा सकता है, जबकि अभी भी भविष्य के अनुकूलन के लिए एक निश्चित स्तर का लचीलापन प्रदान करता है। इसके उदाहरण डोमेन विशिष्ट सरणियाँ हैं जिनका उद्देश्य उनके लचीलेपन को कम करके उनके अधिक सामान्य महीन दाने वाले FPGA चचेरे भाइयों की तुलना में शक्ति, क्षेत्र, थ्रूपुट के स्थिति में बेहतर प्रदर्शन प्राप्त करना है।

पुनर्विन्यास की दर

इन रीकॉन्फ़िगर योग्य प्रणालियों का विन्यास नियत ी के समय, निष्पादन चरणों के बीच या निष्पादन के समय हो सकता है। एक विशिष्ट पुनर्विन्यास योग्य प्रणाली में, नियत ी के समय डिवाइस को प्रोग्राम करने के लिए बिट स्ट्रीम का उपयोग किया जाता है। अधिक तत्वों को संबोधित करने और प्रोग्राम करने की आवश्यकता के कारण सूक्ष्म कणों वाले सिस्टम को अपने स्वयं के स्वभाव से अधिक मोटे अनाज वाले आर्किटेक्चर की तुलना में अधिक कॉन्फ़िगरेशन समय की आवश्यकता होती है। इसलिए, अधिक मोटे अनाज वाले आर्किटेक्चर संभावित कम ऊर्जा आवश्यकताओं से लाभान्वित होते हैं, क्योंकि कम जानकारी स्थानांतरित और उपयोग की जाती है। सहज रूप से, पुनर्संरचना की धीमी गति से बिजली की खपत कम होती है क्योंकि पुनर्संरचना की संबंधित ऊर्जा लागत समय की लंबी अवधि में परिशोधित होती है। आंशिक पुन: कॉन्फ़िगरेशन का उद्देश्य डिवाइस के भाग को फिर से प्रोग्राम करने की अनुमति देना है, जबकि दूसरा भाग अभी भी सक्रिय संगणना कर रहा है। आंशिक पुन: कॉन्फ़िगरेशन छोटे पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य बिट स्ट्रीम की अनुमति देता है इस प्रकार बिट स्ट्रीम में अनावश्यक जानकारी प्रसारित करने पर ऊर्जा बर्बाद नहीं होती है। बिट स्ट्रीम का संपीड़न संभव है लेकिन यह सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक विश्लेषण किया जाना चाहिए कि छोटी बिट स्ट्रीम का उपयोग करके बचाई गई ऊर्जा डेटा को डीकंप्रेस करने के लिए आवश्यक गणना से अधिक न हो।

मेजबान युग्मन

अधिकांशतः पुनर्विन्यास योग्य सरणी का उपयोग होस्ट प्रोसेसर से जुड़े प्रसंस्करण त्वरक के रूप में किया जाता है। युग्मन का स्तर पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य तर्क का उपयोग करते समय सम्मलित डेटा स्थानांतरण, विलंबता, शक्ति, थ्रूपुट और ओवरहेड्स के प्रकार को निर्धारित करता है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य सरणी के लिए एक कोप्रोसेसर जैसी व्यवस्था प्रदान करने के लिए कुछ सबसे सहज ज्ञान युक्त डिज़ाइन एक परिधीय बस का उपयोग करते हैं। चूंकि , ऐसे कार्यान्वयन भी किए गए हैं जहां पुनर्संरचना योग्य फैब्रिक प्रोसेसर के बहुत करीब है, कुछ को प्रोसेसर रजिस्टरों का उपयोग करते हुए डेटा पथ में भी लागू किया गया है। होस्ट प्रोसेसर का काम नियंत्रण कार्यों को करना, तर्क को कॉन्फ़िगर करना, डेटा शेड्यूल करना और बाहरी इंटरफेसिंग प्रदान करना है।

रूटिंग/इंटरकनेक्ट

पुनः विन्यास योग्य उपकरणों में लचीलापन मुख्य रूप से उनके रूटिंग इंटरकनेक्ट से आता है। FPGAs के विक्रेताओं, Xilinx और Altera द्वारा लोकप्रिय इंटरकनेक्ट की एक शैली द्वीप शैली लेआउट है, जहां ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज रूटिंग के साथ एक सरणी में ब्लॉक व्यवस्थित किए जाते हैं। अपर्याप्त रूटिंग वाला एक लेआउट खराब लचीलेपन और संसाधन उपयोग से ग्रस्त हो सकता है, इसलिए सीमित प्रदर्शन प्रदान करता है। यदि बहुत अधिक इंटरकनेक्ट प्रदान किया जाता है तो इसके लिए आवश्यकता से अधिक ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है और इस प्रकार अधिक सिलिकॉन क्षेत्र, लंबे तार और अधिक बिजली की खपत होती है।

ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए चुनौतियाँ

पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग के लिए प्रमुख चुनौतियों में से एक उच्च डिज़ाइन उत्पादकता को सक्षम करना और अंतर्निहित अवधारणाओं से अपरिचित उपयोगकर्ताओं के लिए पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग सिस्टम का उपयोग करने का एक आसान विधि प्रदान करना है। ऐसा करने का एक विधि मानकीकरण और अमूर्तता प्रदान करना है, सामान्यतः एक ऑपरेटिंग सिस्टम द्वारा समर्थित और लागू किया जाता है।[28] एक ऑपरेटिंग सिस्टम के प्रमुख कार्यों में से एक है हार्डवेयर को छिपाना और इसके अतिरिक्त काम करने के लिए अच्छे, स्वच्छ, सुरुचिपूर्ण और सुसंगत सार के साथ प्रोग्राम (और उनके प्रोग्रामर) प्रस्तुत करना। दूसरे शब्दों में, एक ऑपरेटिंग सिस्टम के दो मुख्य कार्य अमूर्तता और संसाधन प्रबंधन (कंप्यूटिंग) हैं।[28]

अमूर्त एक अच्छी तरह से परिभाषित और सामान्य विधियों से जटिल और अलग (हार्डवेयर) कार्यों को संभालने के लिए एक शक्तिशाली तंत्र है। सबसे प्राथमिक OS सार में से एक एक प्रक्रिया है। एक प्रक्रिया एक चालू अनुप्रयोग है जिसकी धारणा (OS द्वारा प्रदान की गई) है कि यह अंतर्निहित वर्चुअल हार्डवेयर पर अपने आप चल रही है। इसे थ्रेड्स की अवधारणा से आराम दिया जा सकता है, जिससे कार्य स्तर समानता का फायदा उठाने के लिए विभिन्न कार्यों को इस वर्चुअल हार्डवेयर पर समवर्ती रूप से चलाने की अनुमति मिलती है। विभिन्न प्रक्रियाओं और थ्रेड्स को उनके काम का समन्वय करने की अनुमति देने के लिए, OS द्वारा संचार और तुल्यकालन विधियों को प्रदान किया जाना है।[28]

अमूर्तता के अतिरिक्त , अंतर्निहित हार्डवेयर घटकों का संसाधन प्रबंधन आवश्यक है क्योंकि ऑपरेटिंग सिस्टम द्वारा प्रक्रियाओं और थ्रेड्स को प्रदान किए गए वर्चुअल कंप्यूटर को उपलब्ध भौतिक संसाधनों (प्रोसेसर, मेमोरी और डिवाइस) को स्थानिक और अस्थायी रूप से साझा करने की आवश्यकता होती है।[28]


यह भी देखें

संदर्भ

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अग्रिम पठन

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  • J. Henkel, S. Parameswaran (editors): Designing Embedded Processors. A Low Power Perspective; Springer Verlag, March 2007
  • J. Teich (editor) et al.: Reconfigurable Computing Systems. Special Topic Issue of Journal it — Information Technology, Oldenbourg Verlag, Munich. Vol. 49(2007) Issue 3
  • T.J. Todman, G.A. Constantinides, S.J.E. Wilton, O. Mencer, W. Luk and P.Y.K. Cheung, "Reconfigurable Computing: Architectures and Design Methods", IEEE Proceedings: Computer & Digital Techniques, Vol. 152, No. 2, March 2005, pp. 193–208.
  • A. Zomaya (editor): Handbook of Nature-Inspired and Innovative Computing: Integrating Classical Models with Emerging Technologies; Springer Verlag, 2006
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बाहरी संबंध

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