JPH0126108B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は複数の同一型の基本処理要素（以
後、PEと呼ぶ）を２次元または３次元格子状に
相互に接続し、これらのPEを同一命令で同時に
動作させ、並列にデータ処理を行う並列データ処
理装置に関するものである。

〔従来技術〕

この種の装置は、通常、制御ユニツトからの共
通の制御信号によりすべてのPEが並行して動作
する事ができ、しかも各々異なるデータ流の処理
を行う。即ちすべてのPEは、基本的には同一の
動作シーケンスを異なるデータに対して実行す
る。ただし、個々のPE内で制御情報を持ち、こ
れによつて特定のPEのみ実行させたり、または
個々に異なる動作をさせる事も可能である。

従つて、この種の装置は、ほぼ同様の制御方法
や構成によつて、PEの数を増加させるだけで全
体のデータ処理能力を増大させる事ができる特長
があり、また規則性を持つた構成となつているた
め高集積化にも適している。

しかし、従来この種の装置は、各PEが隣接す
るPEとだけしか接続していないため、データの
転送もこれらの隣接近傍PE間だけに限られてい
た。

しかも、各PEの演算とデータ転送が同一制御
で動作するため、隣接近傍以外のPEへデータを
転送する場合にはデータを１演算単位時間（以
後、演算クロツクと呼ぶ）毎に隣接するPEを経
由しながらデータを転送しなくてはならなかつ
た。

このため、たとえ多数のPEを接続して、処理
能力を向上しても、転送時間もPEの数に伴つて
増加するため、全体としてのスループツトを向上
させる事が困難な場合が多かつた。

〔発明の概要〕

この発明は、これらの欠点を解決するためにな
されたもので、各PEを演算機能を備えた演算部
とデータ転送機能を備えたデータ転送部のふたつ
の部分に明確に分離し、すべての基本演算要素に
対し、共通の制御信号を与える制御ユニツトか
ら、演算部に対する演算用命令とデータ転送部に
対するデータ転送用命令を排他的に独立に与え、
さらに、データ転送に関する状態情報を制御ユニ
ツトに保持しておくことにより、すべての基本演
算要素の演算動作と入出力動作を同時に独立して
行わせるようにした並列データ処理装置を提供す
るものである。

これにより、演算用クロツクとデータ転送用ク
ロツクを異なる速度にしたり、特殊なデータ転送
を行つたりする事が可能となり、処理対象に応じ
て、演算とデータ転送を十分に並行動作させる事
が可能となり、全体のスループツトを大巾に向上
させることができるものである。

〔発明の実施例〕

以下、図を用いて詳細にこの発明の実施例を説
明するが、ここでは説明を簡単にするため、２次
元格子状にPEを相互接続した例を示す。

まず第１図は、この発明で対象とする並列デー
タ処理装置の全体構成の一例を示す。

図中１はPEを格子状に接続したプロセツサア
レイ部である。２と３は、それぞれプロセツサア
レイ部１にデータを入力または出力するための入
力と出力のバツフアであり、本装置と外部とのデ
ータのインターフエイスとなる。４はプロセツサ
アレイ部１、バツフア２および３を制御するため
の制御ユニツトであり、プロセツサアレイ部１の
すべてのPEに対する演算とデータ転送の制御お
よびバツフア２と３に対するデータ転送の制御が
すべてこの部分によつて行われる。

５，６，７および８はいずれもデータ信号の束
線を示し、９，１０および１１はいずれも制御信
号の束線を示している。

通常、外部からのデータは、データ線５から入
力され、いつたんバツフア２に保持され、必要な
時にデータ線６を経由して、プロセツサアレイ部
１へ入力される。入力されたデータはプロセツサ
アレイ部１により様々なデータ処理が行われた
後、データ線７を経由して出力バツフア３に出力
され、適当な時期にデータ線８を経由して、外部
へ出される。

これらのデータの流れ及び処理の制御を制御ユ
ニツト４が行う。

次に第２図では、第１図のブロセツサアレイ部
１の内部の例を示し、この図では、PE１２が４
×４の構成の場合を示してある。各PEは、４つ
の隣接近傍PEとだけ接続されており、特に左右
両端部のPEは外部からの入出力信号を入出力す
るためのデータ線６，７に接続されている。

また、すべてのPE１２は制御信号線９からの
制御信号によつて、制御ユニツト４の制御を受け
る。

第３図では、従来のPEとこの発明を実施する
ためのPEの違いを示し、図中ａは従来のPEを示
すものであり、２１は演算とデータ転送を兼ね備
えたPE、２２は隣接PEとのデータ転送を行うた
めのデータ線である。また２３はPE２１の演算
とデータ転送を制御する制御信号である。

一方第３図ｂはこの発明を実施するためのPE
を示すものであり、その特徴は、演算を行うため
の演算部２４とデータ転送を行うためのデータ転
送部２５を明確に分離した事と、さらに各々の部
分に対応して演算用の制御信号２８とデータ転送
用の制御信号２７を別個に持つ事である。図中２
６はデータ線２２と同様のデータ線で２９は演算
部２４で処理されたデータをデータ転送部２５へ
送付し他へ転送するためのデータ線で３０は他の
部分から送られて来たデータを演算部２４へ取り
込むためのデータ線である。

第４図では、第３図ｂのこの発明の実施例の詳
細を示し、図中２４，２５はそれぞれPE内の演
算部とデータ転送部を示す。３１は演算部２４で
処理された結果を保持するバツフアで、３２は演
算部２４で演算に必要なオペランドを取り込むバ
ツフアを示す。

また３３と３４は、演算とデータ転送を同時に
行うために備えたダブルバツフアリング用のバツ
フアである。通常は、いずれか一方がデータ転送
用に他方が演算部２４とのデータの入出力用とし
て使用される。３５と３６はこれらのスイツチン
グを行うためのネツトワークである。

ここで、第４図に示したものの動作例について
説明する。まず、データがデータ線２６を経由し
てバツフア３４に入力される。この時、演算部２
４は別の処理を行つており、他のバツフア３３の
バツフアからデータをデータ線３０を経由して、
バツフア３２に取り込み何らかの処理を行つた
後、バツフア３１、データ線２９を経由して結果
をバツフア３３に格納する。格納し終つた時点
で、バツフア３４へのデータ転送が完了していれ
ば、制御信号２７によりバツフア３３と３４との
切り換えを行う。もし、データ転送が完了してい
なければ完了するまで切り換え動作を持つ。

この動作を行うため、制御ユニツト４内には、
データ転送の状態情報を保持したデータ転送状態
フラグを持つ。

以上の動作を行うための、命令シーケンスの例
を第５図に示す。図に於て、ステツプ４１と４５
がデータ転送用の命令で、第４図で説明したスイ
ツチングの指定やどれだけデータをシフトするか
などの指定を行う。ステツプ４２と４６は、PE
の演算部２４に対する命令ストリームで、様々な
演算の指定がここで行われる。この時、ステツプ
４１や４５で出された命令に対するデータ転送動
作は、ステツプ４２や４６の演算動作と並行して
行われる。

次にステツプ４３はデータ転送が完了したかど
うかを調べる命令で、前述の制御ユニツト内のデ
ータ転送状態フラグを調べる。すでに完了してい
れば、次のステツプ４５の命令を実行し、これに
よつて、データ転送部２５内のふたつのバツフア
３３，３４の切り換えを行つて、次の演算を行う
と同時に、結果の出力と次のオペランドの入力の
ためのデータ転送を並行して行う。

また、もしデータ転送が完了していなかつた
ら、データ転送状態フラグが切り換わるまで、演
算を停止して待つ。

以上、この発明の実施例について説明したが、
この発明はこれだけに限らず、以下のような実施
方法もある。

まず、ひとつの実施例としては、この発明の特
徴をそのまま使用し、データ転送用のクロツクと
演算用のクロツクの速度を変える事が考えられ
る。処理対象によつて１回のデータ処理に対する
演算とデータ転送の時間の比較がかなり異なるた
め、この方法が有効となる。

また、他の例としては、従来のこの種の装置で
困難だつたPE数を超える大規模データの処理が
ある。従来は、データ転送による時間の無駄を避
けるため、複数のデータをひとつのPE内のロー
カルメモリにいつたん入れてしまう方法がとられ
る事が多かつたが、このためには大容量のローカ
ルメモリが必要となる。しかし、この発明を実施
した場合、大規模データをPE数に合わせたブロ
ツクに分割し、このブロツク単位に演算とデータ
転送を並行して行いパイプライン的に処理するこ
とにより、大規模データも効率よく処理すること
ができる。

なお、これまでの実施例はいずれもPEを２次
元格子状に相互接続した例を示したが、３次元格
子状の場合も同様に拡張できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の並列データ処
理装置によれば、演算とデータ転送を十分に並列
動作させ、全体のスループツトを向上させる事が
できる。また、演算用命令とデータ転送用命令を
排他的に使用するため、演算とデータ転送を同一
命令で制御する場合に比べ、並行動作の制御方法
が簡単になると言う効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による全体構成図、
第２図は第１図に示したもののプロセツサアレイ
の内部構成図、第３図は基本処理要素PEの基本
構成図で、同図ａは従来の型を、同図ｂはこの発
明を実施する時の型の一例を示す。第４図はこの
発明の実施例による基本処理要素PEの内部構成
図、第５図はこの発明の実施例による命令シーケ
ンスを示すフローチヤートである。 図中、１はプロセツサアレイ部、２と３は入出
力インターフエイスのバツフア、４は制御ユニツ
ト、５，６，７および８はデータ部、９，１０お
よび１１は制御信号線、２１は演算機能とデータ
転送機能を持つ従来の基本処理要素PE、２２は
データ線、２３は制御信号線、２４，２５はこの
発明の実施例による基本処理要素PEの構成要素
で、それぞれ演算部とデータ転送部、２６はデー
タ線、２７，２８は制御信号線を示し、それぞれ
データ転送用と演算用を示す。２９と３０は演算
部、２４とデータ転送部２５のデータ転送に使用
するデータ線、３１と３２はバツフア、３３と３
４はデータ転送と演算を並行して行うためのダブ
ル・バツフア、３５と３６はスイツチング機構、
ステツプ４１と４５はデータ転送に関する命令、
ステツプ４３，４４はデータ転送状態フラグを検
査し、分岐する命令、ステツプ４２と４６は演算
部に対する命令シーケンスである。なお、図中同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 演算機能を備えた演算部とデータ転送機能を
   備えたデータ転送部のふたつの部分から構成され
   る基本演算要素を２次元または３次元格子状に複
   数個接続した並列データ処理装置であつて、すべ
   ての上記基本演算要素に対し、共通の制御信号を
   与える制御ユニツトから、上記各演算部に対する
   演算用命令と上記各データ転送部に対するデータ
   転送用命令を排他的に独立に与え、さらにデータ
   転送に関する状態情報を上記制御ユニツトに保持
   しておくことにより、すべての上記基本演算要素
   の演算動作と入出力動作を同時に独立して行わせ
   ることを特徴とした並列データ処理装置。