DE10238174A1

DE10238174A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Datenverarbeitung

Info

Publication number: DE10238174A1
Application number: DE10238174A
Authority: DE
Inventors: Martin Vorbach
Original assignee: PACT XPP Technologies AG
Current assignee: PACT XPP Technologies AG
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Datenverarbeitungsanordnung mit einem multidimensionalen Feld in Funktion und/oder Vernetzung konfigurierbarer Zellelemente und diesen zugeordneten Konfigurationsvorhaltemitteln zum lokalen Konfigurations-Vorhalten. Hierbei ist vorgesehen, daß die Konfigurationsvorhaltemittel dazu ausgebildet sind, zumindest einen Teil der vorgehaltenen Konfigurationen nichtflüchtig vorzuhalten.

Description

Die Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befaßt sich somit mit Verbesserungen von multidimensionale Felder aus datenverarbeitenden Zellen zur Datenverarbeitung.
Es sind bereits multidimensionale Felder aus datenverarbeitenden Zellen bekannt. Zur Gattung dieser Bausteine zählen insbesondere systolische Arrays, neuronale Netze, Mehrprozessor Systeme, Prozessoren mit mehreren Rechenwerken und/oder logischen Zellen und/oder kommunikativen/peripheren Zellen (IO), Vernetzungs- und Netzwerkbausteine wie z.B. Crossbar-Schalter, ebenso wie bekannte Bausteine der Gattung FPGR, DPGA, Chameleon, XPUTER, etc.. Es sind insbesondere Bausteine bekannt, bei denen erste Zellen während der Laufzeit ohne Störung des Betriebes weiterer Zellen umkonfigurierbar sind, vgl. etwa die folgenden Schutzrechte und Anmeldungen desselben Anmelders: P 44 16 881.0-53 , DE 197 81 412.3 , DE 197 81 483.2 , DE 196 54 846.2-53 , DE 196 54 593.5-53 , DE 197 04 044.6-53 , DE 198 80 129.7 , DE 198 61 088.2-53 , DE 199 80 312.9 , PCT/DE 00/01869 , DE 100 36 627.9-33 , DE 100 28 397.7 , DE 101 10 530.4 , DE 101 11 014.6 , PCT/EP 00/10516 , EP 01 102 674.7 . Diese sind hiermit zu Offenbarungszwecken vollumfänglich eingegliedert. Diese
Die dergestalt aufgebauten Bausteine weisen eine hohe Leistungsfähigkeit auf; allerdings ist deren Einsatz aufgrund der hohen Kosten oftmals prohibitiv. Wo Kosten bei hohen Stückzahlen besonders relevant sind, ist es daher derzeit üblich, dedizierte Logikschaltungen in Form von ASICS und dergl. vorzusehen. Diese haben jedoch das Problem, besonders hohe Entwicklungskosten mit sich zu bringen, da sowohl der Entwurf der Schaltung als auch die Herstellung der Vielzahl von Masken teuer ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit vorgeschlagen, daß bei einer Datenverarbeitungsanordnung mit einem multidimensionalen Feld in Funktion und/oder Vernetzung konfigurierbarer Zellelemente und diesen zugeordneten Konfigurationsvorhaltemitteln zum lokalen Konfigurations-Vorhalten, vorgesehen ist, daß die Konfigurationsvorhaltemit tel dazu ausgebildet sind, zumindest einen Teil der vorgehaltenen Konfigurationen nichtflüchtig vorzuhalten.
Es wird demnach vorgeschlagen, die Leistungsfähigkeit der multidimensionalen Prozessorfelder dadurch zu optimieren, daß zunächst zwar eine Vielzahl von Zellen vorgesehen wird, die oer se zu einer großen Vielzahl verschiedener Funktionen befähigt sind, aber dann aus dieser Vielzahl verschiedener Funktionen nur eine oder wenige Funktionen für jede Zelle vorzusehen. Hierbei ergeben sich gegenüber dem dedizierten Schaltungswentwurf von Asics und dergl., bei denen exakt die jeweils für die benötigten Funktionen erforderlichen Schaltkreise vorgesehen werden, gravierende Kostenvorteile, weil Rückgriff auf leicht programmierbare Einheiten oder durchgetestete Module genommen werden und so keine hohen Entwicklungs- und/oder Testkosten anfallen, und weil überdies keine hohen Kosten für eine Vielzahl von Masken entfallen, die beim Entwurf dedizierter Asics sonst fällig sind. Der Entwurf kann über herkömmliche Entwurfsprogramme für logische Schaltungen erfolgen, in denen Module für die Zellen, Vernetzungsarchitekturelemente usw. bereitgestellt werden, oder indem eine analoge, rekonfigurierbare Anordnung so konfiguriert wird, bis sie die gewünschten Ergbenisse liefert und dann die entsprechende Funktionalität in einer Anordnung fest vorgegeben wird.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die die Funktion grobgranular konfigurierbar ist, d.h. wenn das Konfiqurationsvorhaltemittel nur wenige Bit vorhalten muß, um eine jeweilige Funktion der Zelle zu bestimmen. Dies erleichtert es, eine Vielzahl sukzessive abzuarbeitender Konfigurationen vorzuhal ten, die aber jeweils oder zumindest zum Teil fest vorgegeben sind. Als Zellelemente können zumindest eines von ALUS, EAIUs, RAM-Zellen, I/O-Zellen, Logiblöcken vorgesehen sein. Es kann auch die Vernetzung grobgranular konfigurierbar sein, d.h. es werden nur wenige Bits zu setzen sein, um die Vernetzung vorzusehen. In einer alternativen Weise ist es möglich, die Vernetzung zumindest weitgehend fest vorzugeben und nur die jeweilige Funktion zu variieren. Dies ist dann bevorzugt, wenn der fertige Baustein etwa in seiner Funktion wie bei der Wave-Rekonfiguration jeweils eine bestimmte einer vorgegebenen Anzahl von Funktionen ausführen soll, aber die Vernetzung selbst fest steht. Dazu kann in bestimmten Teilbereichen nur eine Nächste-Nachbar-Verbindung vorgesehen werden (auf die parallel eingereichte Anmeldung des Anmelders betreffend die Erhöhung der Nächste-Nachbar-Dimensionalität bzw. -Konnektivität sei zu Offenbarungszwecken hingewiesen.), von denen einige der Nächste-Nachbar-Verbindungen aktiviert und einige deaktiviert sind. In anderen Bereichen kann dagegen z.B. eine, erforderlichenfalls auch laufzeitrekonfigurierbar veränderliche Beschaltungsanordnung und/oder Busstruktur vorgesehen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß abhängig von den Benutzeranforderungen eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben mit einer bis auf die Konfigurationsvorgabe unveränderten Bausteinen vorgesehen werden kann, so daß sich Maskenkosten auf eine Vielzahl von Bausteinen verteilen und damit nicht mehr so stark ins Gewicht fallen.
Es ist bevorzugt, wenn jedem Zellelement ein eigenes Konfigurationsvorhaltemittel zugeordnet ist. Diese können die bei XPP-Architekturen vorgesehenen, von einem zentralen Konfigurationsspeicher zugreifbaren Konfigurationsregister ersetzen. Es ist möglich, in den Konfigurationsvorhaltemittel eine Vielzahl von Konfigurationen vorzuhalten; dies erlaubt etwa die Rekonfiguration im Betrieb, ohne daß eine ebenfalls teure und Siliziumfläche erfordernde Konfigurationseinheit integriert sein muß. Die Auswahl der jeweils zu aktivierenden Konfigurationen kann innerhalb des Feldes über Statustrigger, Datenoperationen, Sequenceranordnungen etc. erfolgen. Es ist dabei auch bevorzugt, wenn mehrere fest vorgegebene nichtflüchtige Konfigurationen im Konfigurationsvorhaltemittel vorgegeben sind. Alternativ sind flüchtige und nichtflüchtige Konfigurationen einsetzbar. Es wird darauf hingewiesen, daß eine vollständige oder partielle Konfigurationsvorgabe vor der oder jeder eigentlichen Inbetriebnahme erfolgen kann. Dazu können auf geeignete Weise eingegebene Daten als Konfigurationen behandelt werden, die abzulegen sind. Da solche eine Vorab-Ablage von Rekonfigurationsdaten nicht betreibsstörungsfrei geschehen muß, eröffnen sich hier weitere Möglichkeiten, die Architektur zu vereinfachen; auf das sog. Wormholerouting sei hingewiesen, das bei laufzeitrekonfigurierbaren Einheiten nicht funktioniert. Alternativ und/oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß bei einigen Zellen im Betrieb mit veränderlichen Konfigurationen versehbare Konfigurationsvorhaltemittel vorgesehen sind, d.h. ein Teil der Zellen über einen Konfigurationsmanager oder auf andere Weise umkonfiguriert wird.
Die wechselnde der Vielzahl von vorgehaltenen und/oder vorbestimmten Konfigurationen, die jeweils zu verwenden ist, kann insbesondere im Wege der Wave-Rekonfiguration oder des lokalen Sequencing bestimmt bzw. geändert werden.
Es ist möglich, die Konfigurationsvorhaltemittel auszubilden als ROM, EPROM, EEPROM, Flash-Speicher, Fuse-, Antifuse programmierbare Speichermittel und/oder in insbesondere in oberen Lagen einer Siliziumstruktur fest vorgesehene Speichermittel gewählt sind. Besonders bevorzugt sind Anordnugnen, die leicht und einfach bei einer großen Stückzahl die Konfiguration vorsehen. Dies ist durch geeignete Maskierung bei der Herstellugn auf den oberen Metallalgen erreichbar (z.B. Lage M4 und/oder M5) und/oder durch Fuse/Antifuse-Techniken. Letztere haben den Vorteil, daß bei Funktionsänderungen in einer laufenden Serie Änderungen leichter implementierbar sind.
Mit der Anordnung kann ein Baustein festgelegter Funktion erhalten werden, indem ein multidimensionales Feld mit in Funktion und/oder Vernetzung konfigurierbaren Zellelementen und diesen zugeordneten Konfigurationsvorhaltemitteln zum lokalen Konfigurations-Vorhalten vorgegeben wird, bestimmt wird, welche Konfigurationen in diesen vorzuhalten sind, und dann nichtflüchtige Konfigurationsvorhaltemittel so vorgesehen werden, daß sie zumindest einen Teil der vorgehaltenen Konfigurationen nichtflüchtig vorhalten. Es kann dabei von einem zur laufzeitrekonfigurierbaren multidimensionalen Feld ausgegangen werden, das ein höhere Funktionalität besitzt und es kann dann das Design um bestimmte Funktionen reduziert werden, bis ein Kern-Bauelelement oder -elementblock mit vorgegebener Architektur erhalten wird, bei dem nur noch wenige freie Konfigurationen zu bestimmen sind.
Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert, worin gezeigt ist durch
Nach 1 umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Datenverarbeitungsanordnung 1 mit einem multidimensionalen Feld in Funktion und/oder Vernetzung konfigurierbarer Zellelemente 2 und diesen zugeordneten Konfigurationsvorhaltemitteln 2a zum lokalen Konfigurations-Vorhalten, wobei die Konfigurationsvorhaltemittel 2a dazu ausgebildet sind, zumindest einen Teil der vorgehaltenen Konfigurationen nichtflüchtig-vorzuhalten.
Das multidimensionale Feld 1 umfaßt im vorliegenden Beispiele jeweils drei und Spalten PAEs, wie sie aus den Eingangs erwähnten und weiteren Veröffentlichungen des Anmelders per se bekannt sind. Diese Einheiten weisen grobgranular konfuigurierbare ALUs 2b auf, an die über Multiplexer 2c Daten von einem Bussystem 2d eingehen und die beidseits mit Vorwärts/Rückwärtsregistern 2e, 2f wie per se bekannt flankiert sind. Weiter speisen sie Ausgangsdaten über einen weiteren Multiplexer 2g auf ein Bussystem in der Reihe darunter auf. Die Funktionsweise der Multiplexer 2g, 2c sowie jene der ALU 2b und der Register 2e, 2f ist per se bekannt und wird hier nicht detailliert erläutert. Die Konfiguration, die diese Einheiten haben, d.h. die Verbindung, die der Multiplexer jeweils aktiviert, bzw. die jeweilige Funktion der ALU, sind im Konfigurationsspeicher 2h abgelegt. Dabei können für Sequencing oder Wave-Rekonfiguration eine Vielzahl von untershceidlicehn Konfigurationen abgelegt sein, die auf Signale aus den Zellen oder auf externe Signale hin aktivierbar sind.
Während in bisherigen Architekturen der Konfigurationsspeicher veränderlich war, und etwa von einer zentralen Konfigurationseinheit angesprochen wurde, ist im vorliegenden Fall der Konfigurationsspeicher 2h nichtflüchtig gebildet und sein Inhalt bei der Herstellung des die Elemente enthaltenden ICs festgelegt.
Dies geschieht wie folgt:
Zunächst wird festgelegt, welche Anzahl an Zellen und gegebenenfalls welche Zellen für die erwartete und mit der Datenverarbeitungsanordnung 1 abzuarbeitende Aufgabe erforderlich sind. Dann werden mit diesen die Funktion simuliert. Das kann über Emulatoren geschehen oder es kann ein Feld laufzeitrekonfigurierbaren Elemente mit zentraler Konfigurationseinheit zur Funktionsentwicklung bzw. zum Funktionstest herangezogen werden. Sobald die Funktionsentwicklung abgeschlossen ist und die erforderlichen Konfigurationen festgelegt sind, wird ein Chip entworfen, der in seinem groben Aufbau einer Vielzahl anderer, gleichartiger Chips entspricht und sich lediglich hinsichtlich der nichtflüchtigen Konfigurationsspeicherinhalten von jenen unterscheidet. Es wird dann festegelegt, ob die nichtflüchtigen Konfigurationsspeicherinhalte mit dedizierten Metall-Lagen festgelegt werden und/oder durch Brennen/Schmelzen bestimmter, zur Konfiguration vorgesehener Fuses/Antifuses oder auf andere Weise. Die Speicherinhalte werden dann während der Herstellung des Prozesses vorgesehn und der Chip ist für seine diedizierte Aufgabe ohne eine Vielzahl teurer Masken verwendbar.

Claims

Datenverarbeitungsanordnung mit einem multidimensionalen Feld in Funktion und/oder Vernetzung konfigurierbarer Zellelemente und diesen zugeordneten Konfigurationsvorhaltemitteln zum lokalen Konfigurations-Vorhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Konfigurationsvorhaltemittel dazu ausgebildet sind, zumindest einen Teil der vorgehaltenen Konfigurationen nichtflüchtig vorzuhalten.
Datenverarbeitungsanordnung mit einem multidimensionalen Feld in Funktion und/oder Vernetzung konfigurierbarer Zellelemente und diesen zugeordneten Konfigurationsvorhaltemitteln zum lokalen Konfigurations-Vorhalten dadurch gekennzeichnet, daß die Konfigurationsvorhaltemittel dazu ausgebildet sind, zumindest einen Teil der vorgehaltenen Konfigurationen nichtflüchtig vorzuhalten.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion grobgranular konfigurierbar ist.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung grobgranular konfigurierbar ist.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zellelemente zumindest eines von ALUs, EAlUs, RAM-Zellen, I/O-Zellen, Logiblöcken vorgesehen sind.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zellelement ein eigenes Konfigurationsvorhaltemittel zugeordnet ist.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konfigurationsvorhaltemittel dazu ausgebildet sind, eine Vielzahl von Konfigurationen vorzuhalten.
Datenverarbeitungsanorndung, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere fest vorgegebene nichtflüchtige Konfigurationen im Konfigurationsvorhaltemittel vorgegeben sind.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung dazu ausgebildet ist, eine wechselnde einer Vielzahl von vorgehaltenen Konfigurationen zu verwenden, insbesondere im Wege der Wave-Rekonfiguration oder des lokalen Sequencing.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingien Zellen im Betrieb mit veränderlichen Konfigurationen versehbare Konfigurationsvorhaltemittel vorgesehen sind.
Datenverarbeitungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Konfigurationsvorhaltemittel zunmindest eines aus ROM, EPROM, EEPROM, Flash-Speicher, Fuse-, Antifuse-programmierbare Speichermittel und/oder in insbesondere in oberen Lagen einer Siliziumstruktur fest vorgesehene Speichermittel gewählt sind.
Verfahren zur Herstellung einer dedizierten Datenverarbeitungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein multidimensionales Feld mit in Funktion und/oder Vernetzung konfigurierbaren Zellelemente und diesen zugeordneten Konfigurationsvorhaltemitteln zum lokalen Konfigurations-Vorhalten vorgegeben wird, bestimmt wird, welche Konfigurationen in diesen vorzuhalten sind, und dann nichtflüchtige Konfigurationsvorhaltemittel so vorgese hen werden, daß sie zumindest einen Teil der vorgehaltenen Konfigurationen nichtflüchtig vorhalten.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß von einem zur laufzeitrekonfigurierbaren multidimensionalen Feld ausgegangen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst von einem zur laufzeitrekonfigurierbaren multidimensionalen Feld mit rekonfigurationsbeschaltung ausgegangen wird und dann für rekonfiguration nichtbenötigte Felder weggelassen werden.