Εμπέδωση πίνακα επεξεργαστών μέσα σε προγραμματιζόμενο κύκλωμα FPGA, βάσει αφηρημένων μοντέλων για σύνθεση (abstraction models for synthesis) και κάτω από περιορισμούς εβδαδού - χρονισμών
Authors: Μώκιος Αργύρης 
Published: August 2021

Η διδακτορική διατριβή εντάσσεται στην ευρύτερη περιοχή της μελέτης, σχεδίασης και υλοποίησης πινάκων επεξεργαστών σε κυκλώματα FPGA. Περιλαμβάνει έντεκα (11) κεφάλαια με την ακόλουθη διάρθρωση ύλης και περιεχομένου.Στο πρώτο κεφάλαιο παρατίθεται μια ιστορική αναδρομή μέσα από την οποία διαφαίνεται η ανακατάταξη των μεθόδων σχεδίασης των ψηφιακών διατάξεων ASIC με την έλευση των FPGA. Επίσης, πραγματοποιείται μια χρονολογική επισκόπηση των αρχιτεκτονικών FPGA και δίδονται κάποιοι βασικοί τομείς εφαρμογών των FPGA.Στο δεύτερο κεφάλαιο περιλαμβάνει μια βιβλιογραφική αναδρομή στην ερευνητική περιοχή της διατριβής.Στο τρίτο κεφάλαιο δίδεται η ροή διαδικασιών που ακολουθείται κατά την τεχνολογική απεικόνιση (Technology Mapping) Κανονικών Επαναληπτικών Αλγόριθμων, RIA, σε ομοιόμορφα k-LUT FPGA. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάστηκε μια μέθοδος προσέγγισης του προβλήματος σχεδίασης συστολικών πινάκων επεξεργαστών και της υλοποίησής τους σε εξαρτήματα FPGA. Ως σημείο αναφοράς, η προτεινόμενη μέθοδος επιδιώκει τον μετασχηματισμό των αλγοριθμικών βρόγχων τύπου for-do οι οποίοι εμφανίζονται σε διάφορες γλώσσες προγραμματισμού (Fortran, C κ.α.), σε γράφους εξάρτησης.Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάστηκε ένας νέος αλγόριθμος για τον μετασχηματισμό ενός γράφου εξάρτησης σε ένα γράφο ροής σήματος. Ο αλγόριθμος αυτός αποτελεί την βάση για την σχεδίαση ενός εργαλείου EDA, για τον αυτοματοποιημένο μετασχηματισμό των γράφων εξάρτησης. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάστηκε ένα νέο format περιγραφής γράφων εξάρτησης, για την διαδραστική επικοινωνία διαφόρων εργαλείων EDA κατά τη διαδικασία σχεδίασης-υλοποίησης συστολικών πινάκων επεξεργαστών σε προγραμματιζόμενα κυκλώματα FPGA. Στο έβδομο κεφάλαιο αξιοποιείται ο προτεινόμενος αλγόριθμος μετασχηματισμού γράφων εξάρτησης του πέμπτου κεφαλαίου, για την υλοποίηση του εργαλείου HEARTS - Heuristics Enhanced Automated Real-Time Systolization, το οποίο μετασχηματίζει κανονικούς αλγόριθμους για εφαρμογές DSP και επεξεργασίας εικόνας, σε συστολικούς πίνακες. Στο όγδοο κεφάλαιο δίδεται η νέα πλατφόρμα για την εμπέδωση αλγόριθμων RIA σε κυκλώματα k-LUT FPGA, η οποία βασίζεται στα λογισμικά SIS-FlowMap-FlowPack-TVpack-VPR. Οι παραγόμενοι συστολικοί πίνακες υλοποιούνται σε εξαρτήματα FPGA, χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα που προτείνεται στο συγκεκριμένο κεφάλαιο. Στο ένατο κεφάλαιο πραγματοποιήθηκαν πειράματα, τα αποτελέσματα των οποίων αποδεικνύουν ότι η κατάλληλη επιλογή των διανυσμάτων προβολής και χρονοδιαγράμματος, καθώς επίσης και η διαδικασία βελτιστοποίησης που ακολουθείται, επηρεάζουν σημαντικά την απεικόνιση των συστολικών πινάκων επεξεργαστών στα εξαρτήματα FPGA.Στο δέκατο κεφάλαιο πραγματοποιήθηκε η μελέτη τεχνικών διαμέρισης και η δημιουργία αναλυτικών μοντέλων για την διαμέριση γράφων εξάρτησης που υλοποιούν τον πολλαπλασιασμό πινάκων.Η διατριβή ολοκληρώνεται στο ενδέκατο κεφάλαιο, στο οποίο επιχειρείται μια συνολική αποτίμηση της εργασίας, συγκεντρώνοντας τα βασικά συμπεράσματα της μελέτης και επιπροσθέτως προτείνοντας κάποιες άμεσες μελλοντικές ερευνητικές προεκτάσεις.