Реєстраційний номер
0823U101871, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
02-02-2024
Статус
Наказ про видачу диплома
Назва роботи
Методи і засоби проєктування спеціалізованих конвеєрних обчислювачів на базі ПЛІС для обробки сигналів
Здобувач
Молчанова Анастасія Анатоліївна,
Керівник Романкевич Віталій Олексійович
Опонент Гільгурт Сергій Якович
Опонент Опанасенко Володимир Миколайович
Рецензент Гордієнко Юрій Григорович
Рецензент Клятченко Ярослав Михайлович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
Опис
Тема дисертації пов’язана з автоматизацією проєктування обчислювальних засобів на базі інтегральних схем надвисокої інтеграції (НВІС) та програмовних логічних інтегральних схем (ПЛІС). В даний час складність проєктів обчислювальних систем для НВІС та ПЛІС досягла десятків мільйонів вентилів. Причому досі вирішальну роль грає технологія, основана на описі проєктів на рівні регістрових передач, продуктивність якої є обмеженою. Розвивається галузь високорівневого синтезу, який ґрунтується на трансляції опису алгоритму в опис на рівні регістрових передач і на порядок прискорює проєктування. Але в наявних засобах такого синтезу необхідно вручну задавати паралелізм алгоритму та особливості відображення в опис обчислювальної системи на рівні регістрових передач, яка часто одержує надмірні апаратні витрати чи продуктивність, що не відповідає заданій.
Невідповідність ефективності наявних засобів високорівневого синтезу складності та продуктивності обчислювальних систем, що проєктуються, представляє актуальну технічну проблему. Обчислювальні системи для цифрової обробки сигналів (ЦОС) є такими системами, які вимагають для своєї реалізації проєктування НВІС та ПЛІС найбільшої складності і для них ця проблема стає актуальнішою.
Об’єктом дослідження є процес розроблення високопродуктивних паралельних обчислювальних засобів. Предметом дослідження є методи та засоби проєктування спеціалізованих обчислювальних систем конвеєрного типу для ЦОС на базі ПЛІС.
Метою дисертації є підвищення ефективності проєктування конвеєрних обчислювальних систем на основі ПЛІС на базі запропонованого методу проєктування спеціалізованих конвеєрних структур на основі генетичного програмування, який дає змогу прискорити проєктування конвеєрних обчислювальних систем і підвищити відношення продуктивність — апаратні витрати завдяки формалізації проєктування і новим алгоритмам пошуку апаратних рішень із мінімізованими апаратними витратами при заданому періоді обчислень.
Наукова новизна роботи. Вперше запропоновано метод проєктування спеціалізованих конвеєрних структур на основі генетичного програмування, який відрізняється тим, що алгоритм ЦОС, який відображається в структуру, задається просторовим ГСПД, задача мінімізації апаратних витрат вирішується із заданими часовими обмеженнями за допомогою еволюційного підходу, який ґрунтується на поданні хромосоми як закодованого ГСПД та відповідних функціях її зміни, а також двохетапному алгоритмі оптимізації. Запропонований метод дає змогу формалізовано вирішувати задачу синтезу обчислювальних систем для ЦОС і завдяки регулюванню ступеня розпаралелювання алгоритму та мінімізації апаратних витрат одержані структури мають високе співвідношення продуктивність — вартість.
Вперше запропоновано спосіб проєктування рекурсивних фільтрів на ПЛІС, який відрізняється тим, що завдяки застосуванню методу відображення просторового ГСПД, використання схем без блоків множення, а також пошуку коефіцієнтів фільтра методом модельованого відпалювання та застосування мови VHDL (VHSIC (very high speed integrated circuits) hardware description language), забезпечується одержання фільтрів з мінімізованими апаратними витратами та високою тактовою частотою.
Практична цінність результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що використання нового методу проєктування обчислювальних систем забезпечує зниження трудомісткості і скорочення термінів одержання множини альтернативних оптимізованих структурних рішень, мінімізація використання обчислювальних ресурсів, зокрема пам’яті обчислювальних систем, розроблення високоефективних конвеєрних обчислювальних систем обробки сигналів із мінімізованими апаратними витратами за заданих пропускної спроможності й порядку подання даних у вхідному та вихідному потоках даних.
Розроблено програмний застосунок SDFCAD (synchronous data flow computer-aided design), у якому впроваджений запропонований метод. Цей застосунок дає змогу проєктувальнику описувати за допомогою ГСПД алгоритм ЦОС, моделювати алгоритм з різними степенями паралелізму, забезпечує автоматизований синтез обчислювальної системи із заданими властивостями, яка придатна для подальшої компіляції та конфігурування в ПЛІС довільної серії, а також впровадження в замовлену НВІС.
Розроблені з використанням нового методу проєкти обчислювальних систем, такі як процесор дискретного косинусного перетворення, процесор для швидкого перетворення Фур’є, рекурсивні фільтри, модулі обчислення синусоїдальних функцій у ПЛІС, є налаштовуваними обчислювальними модулями, які описані на VHDL, мають високе відношення продуктивність — апаратні витрати та можуть бути впроваджені в нових розробках із мінімальними додатковими часовими і фінансовими витратами. Запропонований спосіб проєктування рекурсивних цифрових фільтрів впроваджено у вебзастосунку, який може бути вільно використаний у практиці проєктування пристроїв ЦОС.
Дата реєстрації
2023-12-18
Додано/оновлено в НРАТ
2024-02-06 / 2026-07-01
