JPS6065377A

JPS6065377A - ２次元相関係数の並列処理方法

Info

Publication number: JPS6065377A
Application number: JP58172439A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sasaki; 繁佐々木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1985-04-15
Also published as: JPH0236029B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】＜ａ＞発明の技術分野本発明は、アレイキャ・７シユメモリを有し、１つの命
令で複数台の演算器が同時に動作する並列ｉｉｌ算機に
関し、特に少ない演算回数で高速に相関係数をめる２次
元相関係数の並列処理方法に関する。

（Ｌ））技術の背景地震、気象、原子物理学等の分野では大規模なシミュレ
ーションを実ｌｌｈ間より速り′４Ｊうため、数−ｔ−
ＭＩＰＳ　（１秒間に実行される命令の数を１００万を
単位として１表した数１通′１〒；ミノプスと読む）以
上の高性能ｉｔ°算槻が必要である。これらの計算は。

従来の１台の装置で複数の処理を順番に行うシーケンシ
ヤルな計算機では処理能力が不十う）であり。

並列処理によって速度を向上させる必要がある。

しかし、これらのものは特殊１」的のものが大部分であ
り、２次元相関係数を高速に並列演算処理するのに必ず
しも適したものではない。従って、上記のような並列処
理可能な高性能計算機の特徴を有効に組合セ活用した２
次元相関係数の高速演算処理方法の開発が要望される。

（Ｃ）従来技術と問題点相関係数の計算は統計処理、音声信号処理２画像処理等
に主に利用される。しかしながら、これらの処理を行う
には膨大な情（・μ量を取り扱うことになるため情報処
理を高速に処理する必要がある。

従来の情報処理方式を用いて上記の各種処理を行う場合
、（１）現在一般的に利用されているシーケンノー１報
しなａ　ｌ’　ｇ？機を用いる方式、（２）並列処理ｕ
Ｊ能な１ｉ、１．　ＸＩ、；　１Ｊｌｊの１つであるベ
タ１−ルプロセノザを用いる方式、　（３＋同しく並列
処理可能なａ１算機の１つであるアレ・ｆブｌコセノザ
を用いる方式等があるが、（１）の方式は本来の演算計
算以上にアドレス８１算と情（弔転送が多くなり、高速
化が期ｊ）出来ない。又。

（２）の方式は２次元状の情報を扱う場合に情報構造を
処理するのに困難な点があり、（３）の方式は２次元並
列演算をするのに各処理要素間で情報転送するのに時間
が掛かってしまう等の欠点がある。

（ｃｔ）発明の目的本発明は、上記欠点を解消した新規な２次元相関係数の
並列処理力法を提供することを目的とし。

ＩＩＨにアレ・ｆキャッシュメモリを有するＳＩＭＩＩ
型計算機（ＳＩＭＩＪ型ｄ１算機は１つの命令で複数の
情報の演ｑ−を実行する８１算ｔａ　）を用いるごとに
より、２次元情報の相関を演算（基本演算ΣＸ、Σｙ、
Σｘ２゜Σｙ、Σｘｙ）する際に、　ｆＲ報転送回数と
演算回数を減らし、高速ｉｔ算が可能な２次元相関係数
の並列処理力法を実現することにある。

（ｅ）発明の構成本発明は、単一の命令で互いに同期して動作する複数の
ｅｊｇ’ｆ−器をもってなる並列δ１算機と、前記並列
針′ａ機に並列に１度に情報転送を可能とするアレイキ
ャッシュメモリとを（ｊｉｆｉえ、２次元相関係数演算
におりる複数の基本演算を、前記アレイキャッシュメモ
リにて演算結果を並列アレイシフトしながら１つの命令
で並列演算処理することにより、情報転送回数と演算回
数を減らし、高速δ１算が実現出来ることを特徴とする
２次元相関係数の並列処理方法により達成することが出
来る。

Ｃｒ）発明の実施例以下本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係るアレイキャッシュメモリを有する
ＳＩＤＭ型計算機の概要図、第２図は本発明に係るアレ
イキャッシュメモリの構成図で、（Ａ）はメモリ要素間
の結合図、　（Ｂ）は１メモリ要素の回路図、第３図は
本発明に係るアレイキャッシュメモリのシフＩ・状況図
をそれぞれ示す。

し１に、ｉ、いζ、１は制（ｆ１１装置２２はＳｌ旧」
型５１算問。

３（、Ｉ了し・イキ中ツノＪ−メモリ　（以−ト痛Ｃ卜
１と略称ずろ）、４は）−タマルチプレクリ−１５はレ
ジスタ１ｌＩｌ　ｆｌ’ｌｌ　＋　６は″ノ′ルスーフ
ルチプレク９゛をそれぞれ示す。

１Ｎ’ｌ　Ｍ　Ｉｉ　ｉ　ｊ　（Ｍ口１〜Ｎ　ｎ　８４
等）は八ＣＭ　３のメモリコニレノン１−１円（ｉ　（
円ミ１〜Ｉｌｌミ１６等）υコＳ４ＭＤ型アレイブ１１
１！ノザの各処理要素（プ１コセソシングエレメン１−
）、■〜■はＡＣＭ　３のシフ１一方向をそれぞれ示す
。

具体的な演算例を説明する前に、　ＳＩＭＩ］型計算問
２とＡＣＭ　３について図面を参照して説明する。

第１図に示すＳＩＭＤ型計算機２は４×４の処理要素Ｐ
Ｅｉ　を持つ例を示している。尚ＳＩＭＩ］型計算機２
の各処理要素円ｉｉ　は隣接処理要素間の接ｉ’Ｔｈは
５■５　＜　。

息下（点線で示す部分）のＡＣＭ　３の１メモリルメン
Ｉ−Ｍｌｉｉｊと結合しているのめである。従って各処
理要素円ｉｉ間の情報転送は結合しζいるメモリニレメ
ン１−Ｍｌｌｉｊを介して行われる。

以上のようなＳ　Ｉ　Ｍ　１１型計算機２　＆Ｊこれら
を管理する制ｊａｌｌ　’ＡＡｌ１ら同一ノ１余貨を）
３　＋（、ｇす、　ｌｌＪ　１１．５に同し演算を並列
実行することか出来る。

−力−へ〇ト１３はメモリ１し７・′ン１〜Ｍｈｊ力く
〆１×８の大きさで構成されており、ごの内４×４の部
分、’＋＜ＳＩＭＤ型ａ１算槻２の各処理要２’＝　Ｐ
　ＩＥ　ｉ　（１’　ｌｉ　］　＝　Ｉ’　Ｉｇ　］　
Ｇ）と接続されている。メモリエし・シフトＭ　Ｉｉ　
ｉ　ｊは第２図（Ａ）に示すように隣接ニレメン１−間
の接続がなされている。即ぢ、メ′ｌ二すＪ−レシフト
ｔｌ　Ｅ　ｉ　ｊ　ＩＪ隣接メモリニレメンＩ−肝（ｉ
　−１，ｇ　−１，）　、Ｍｌｉ　（ｉ−１，ｊ）、Ｍ
Ｅ（ｉ−１，ｊ→−１）、ＭＥ（ｉ、ｊ−１）、肝　（
ｉ、ｊ　）　、肝　（ｉ、ｊｌｌ）、ｌ什　（ｉ−１１
、ｊｌ）、ＭＥ（ｉ　→−１、ｊ）　、ｔ・１Ｅ（ｉ　
＋１　＋ｊ＋１）とＳＩＭＤ型泪算機２とで結合されて
いる。但し１−１〜４．ｊ＝１〜８゜又ｌメモリニレメン１１１ピｉｊは第２図（１３）に示
す通りで、１０方向から送られてくる情（弔の内１つの
情報を選択するデータマルチブレクリ′４．データマル
チプレクーリ′４を−・時的に格納するレジスタ５．■
込みアドレスと読メ出し７アドレスを選挟１ずろアドレ
スマルチブレクザ６とメモリニＬレメン１−１１冒Ｊか
ら構成されろ。

’ｐ　３図ζＪへＣＭ　３のシフ１の状況を示す。即し
。

■・１；１ｌｉｉ−１シフ１　（１メモリー１１ルう′
Ｊ）、■）１面左シフ１−（ｌメモリセル分）、■甲面
Ｌｉシフ１　（１メモリセル舅）、■・１２ｉｒｉｉ−
トシフ１−（１メ゛ロリー１．ル分）、■深さ方向平面
シフ１〜の平面的なシフトを同局に１回でｆｉう。又Ｓ
ＩＭＤ型アレイブ１コセノザＰＥｉに接続されてない４
×４の八ＣＭ　３部分は、全処理をパイプライン化する
時に上記Ｌ（ｑ装置（図示してない）からのデータを一
時格納するハノソ１メ−５す部の没割りも果たす。

次に２次元相関係数の式は一ト記のように定着される。

定覆式において、相関係数はΣＸｉ、ΣＹｉ。

Σ（Ｘ　ｉ　−Ｙ　ｉ）　、Σｘ２１．　ΣＹ２ｉヲ剖
算’Ｊ’レバ良いことが分かる。又Ｘｉを相関をめるた
めの対象データ、Ｙｉを入力データとし、対象データ数
をＮとするとΣＸｉとΣＸｉは本実施（タトζは。

全体の処理のうら最初の１度だ＆Ｊ’８１算ずれば良い
ことになる。

〔二１１、匁−ＩＩζ二 Σ　（Ｘ　１−Ｘ）　（Ｙ　ｉ　−Ｙ）ＳＸｙ＋　−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
１〔相関係数〕ｘｙＲｘｙ−一−−−−−−−−−−−−−−％（Ｓｘｘ−３ｙｙ）次に−Ｆ記の足表式により占１ｚｊ□：　；ｉ！ｉ算（
ΣＸｉ、ΣＹｉ、Σ　（Ｘｉ−Ｙｉ）、ΣＸｉ、ΣＹｉ
）の泪勢例を下記に説明する６゜（ΣＸｉ、ΣＸｉの訓算）（前提条件）Ｎ−１６，ｉ＝Ｉ〜１Ｇとする。

（ステップ＝Ｉ）：制御装置１の指示により上記４（２
装置（＋７１示してない）から第１図に示すＡＣＭ　３
の右の４×４部分（ＳＩＭＩ）型５１算槻２に接続され
てない４×４の八ＣＭ　３部分）ｌヘデータＸ１へ□Ｘ
Ｉｆｉをｌｌ−１する。

（スう一ノブー２）・ＡＣＭ３を甲面左シフト■を４回
行い八ｃｒ＋　３の左の４×４部分（ＳＩＭＩ）型８１
算（）３１２に接続さ７′１．ている４×４のＡＣＭ　
３部分）へデータ×１へ・Ｘ１Ｇを移動する。

（ステップ−３）　：ＳＩＭＩ］型計算１浅２の各処理
要素であるアレイブ１−１セソ月ＩＥｉに５ｉ＝Ｘ、５
２＝Ｘを設定する。

（ステップ−４）二へｃト１３を平面−１−シフ１■を
１回行・）。

（ステップ−５）　：　５ｎａ１）型ｎ１算機２の各処
理要墨であるアレイブじ１七ソザＰＥｉ　’で自分の下
のＡＣＭ’３のメモリニレメンｌ−ＭＥｉｊからデータ
をロードし７゜Ｓ　Ｉ　−３１−’−Ｘ　、Ｓ　２　＝
　８２　＋　ｘ２トｔ　ル。

（ステップ−６）：　（ステップ−４）を行う。

（ステップ−７）：　（ステップ−５）を行う。

（ステップ−８）：　（ステップ−４）を行う。

（ステップ−９）：　（ステップ−５）を行う。

（ステップ−１０）：へｃト１３を平面左シフＩ−■を
１回行う。

（スう〜ノブー１１）：（スう−２・−５）をｊＪ′Ｊ
０（ステップ−川２）：　（スう−７・ブー１０）をｆ
ｉ）。

（ステップ−１３）：　（ステパＩ’−５）をｊ＋う。

（ステップ−１４）：　（ステップ　１０）を行）。

（ステップ−１５）：（ステップ　５）を１１）。

以上でＳＩＭＤ型計算機２の各処理要素であろアＬ・イ
ブｌ：Ｊ−１４ノサＩＩＩ已ｉ上にはＳｌ・ΣＸｉ、Ｓ
２−ΣＸｉがめられている。

（ΣＹｉ、ΣＹ　ｉ、Ｌ　（Ｘ　ｉ　・Ｙ　ｉ）　ノｉ
ｆ’！ニア）尚本例では八Ｃ＋＋３のイ１の４×４部分
（ＳＩＭＩＩ型、ｉｌ”５？機２の各処理要素であるア
レイブＩ１．．ｊ、：、、ザ円ミｌに接続されてない４
×４のＡＣＭ　３部分）をバイシライン的に利用する。

（前提条件）Ｙ−（Ｙｊｌ　、Ｊ−１〜ＩＩＩとする。

（ステップ−１）：制御装置１０）指示により主記憶装
置（図示してない）からＡＣ＋１３の右の４×４部分（
ＳＩＭＩＩ型計算殿２の各処理要素であるアし・・イブ
ロセソザＰＥｉ　に１１：、続されてない４×１１の八
ＣＭ　３部分）へデータＸ１〜×１〔ｊを＋＋−１・す
る。

（ステップ−２）：ＡＣＭ３を平面左シフ１−■を４回
行いへ（汀１；３の左の４　ｘ　＜　ｒｓ１＋分（ＳＩ
ＭＩ）型アレイブ１：Ｉ−１？７９囚；Ｉに接続されて
いる４×４０局Ｃト１３部分）へう−夕Ｘｌ−Ｘ１（ｉ
を移動する。

（ステップ−３）　：　ＳＩＭＩＩ型計算機２の各処理
要素であイ）アレイブ【″１セノ（Ｊ′Ｐ　ｌミ１で５
３＝Ｙ、５４＝Ｙ２＝　Ｓ　’　５　”　Ｘ　Ｙを設定
する。

（ステップ−４１八〇Ｍ３をｉＦ面一１−シフ１■を１
回行う。

（ステップ−５）　：ＳＩＭＬｌ型Ｒ１算機２の各処理
要素であるアレイブＩコセソーリ叩Ｅｉ　で自／）の下
の八ＣＭ　３のメモリエレメントＭ　ＩＥ　ｉ　ｊから
データを一コー１−シ。

５３＝Ｓ’３　→−３３，５４＝Ｓ”４＋３４，５５−
５’５＋３５とする。

（ステップ−６）：　（ステップ−４）を行う。

（ステップ−７）：　（ステップ−５）を行う。

（ステップ−８）：　（ステップ−４）を行°）。

（ステップ−９）：　（ステップ−５）を行う。

（ステップ−１０）：八ＣＭ　３　Ｊ二のＳ’　３．Ｓ
’　４゜ｓ＋５をＳｌｌ型計算機２の各処理要素である
アレイブ１１セノザ円ミ１内に１７−ドする。

（ステップ−１１）：Ａｔ；ン１３（を−’ｌ′Ｊｉｉ
右ノフ１−ｅ）を４回行う。

（ソ、テップ−１２＞：八ｒ、ｒｉ　３−．１にＳ’３
．Ｓ’４゜３’５をセーブする。

（ステップ−１３）　：ＡＣＭ　３を・１１面左二ノフ
ト■を１回行う。

（ステップ−１４）　：　ＳＩＭＩ）型針ｉｉ：ｌｌ　
２　ノ各ｐＪＩ［要素であるアレイブｌコセノ”）円（
ｉて自分の下のＡＣＭ３のメモリニレメン１−Ｍｌｉｉ
ｊからデータを１１−１・し１Ｓ３＝Ｓ’　３　＋Ｓ３
．　５４−５’　４　＋３４．５５＝Ｓ’　５４−３５
とする。

（ステップ−４５）：（ステップ−１３）を行う。

（ステップ−１６）：（ステップ−１４）を行う。

（ステップ−１７）：（ステップ−１３）を行・う。

くステップ−１８）：（ステップ−１４）をｊｊう。

以上で４×４のＳＩＭＤ型計ｑ型計の各処理要素である
アレイブｌ：＋　（？ツリー１〕１ミＩ　１にし、１Σ
Ｙ、ΣＹ、Σｘｙがめられている。

以」二の例のような２次元情報の相関は、特に画像処理
において列数デーク×と入力データＹとの間てイ＋’ｉ
置合わ−Ｕを行うとか　３ｒＩ似度をδ１算するとかの
場合乙ご非常ＧこヂｔシＪであり、頻繁に利用されるＮ
　Ｉ’　１１である。

本発明力ｌＪ：を用いてδＩ３’ｒ”−た場合とにｉｌ
ｌ　Ｌｌ’：方法でＲ（’　ｇ７シた場合くシーう一ン
シャルな旧算機を用いる場合）の各基ノ１″演邊、にお
りる演勢回数とデータ転送回数の比較を下記に示す。

２゜（ΣＸ　ｉ　、ΣＸ　＋　Ｌ））Ｍｌ”’ｒ’？）Ｊｆ
ｉ　本方法　従来方法乗算回数　１回　１６回加ｑ：回砂　１２回　３０回八へＭ　シフト　１０同　− アトＬ・ス旧算　−α （ΣＹｉ、ΣＹｌ　；、Σ（Ｘｉ−Ｙｉ）の計算）項　
本方法　従来方法乗算回数　２回　３２回加曽回数　１８１ｉｊ１　４５回へＣＭ　シフｌ−１０同　− アドレス計算　−β 以」二のように乗算回数、加算回数においてｉＩＩ算回
数を減らずことが出；１コる。

（［）発明のりＪ果以」二の４゛光明にまれは１人’ｊ’ｊ　ｌｌ’ｉ　（
・［）処理ｉｎ’：’＞がゼ・要な相関係数をめる旧算
力法−（、東ｊ、’、’Ｊ、　１１．ｔ１敗、加算回数
等の計算回数を減らずこＬか出来、史Ｃご一般のシーケ
ンシャルな旧名７機て４．１．　ｊｌ！鋳・回数２加３
′１・回数以上に８１算回数を４・要点するーｊ’　ｌ
レフ、　＋！ｌ”ｒ？を不要とすることにより１人幅に
１ｊｌ！、’ｊ回数を減らシ、。

高速に計算処理が出来る２次元相関イｈ′、数の・１［
−列処理方法を１足供出来ると言うりＪ果かあイ、。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明番、二係るアレイキャッジ１．）’１；
１を有するＳｌｌ）Ｍ型旧算機の（ｌ冴要図、第２図ｉ
Ｊ不発明に係るアレイキャッジ、１．）］製ｌの構成図
、第：（Ｉ’：！１は本発明に係るアレイギャノシーＩ
、メモリのシフ１〜状況図をそれぞれ示す。図において、ｉｌｌ、制御装置、２はｓｎｕ〕Ｊ（すｌ
ｊｌ）１ｉｊ２Ｍ　。３は八ＣＭ、４はデータマル−ｆ−ソ°Ｌ・り１ノ・、
５はレジスタ回１洛、６はアトレスマルナゾレクサをそ
れぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

ｆ１χ−の命令で互いに同期して動作する複数の演３？
−器をもっζなる並列計算機と、前記並列計算機に並列
に１度に情報転送を可能とするアレイキャッシュメモリ
とを備え、２次元相関係数演算にお４Ｊる複数の基本演
算を、前記アレイキャッシュメモリにて並列アレイシフ
１〜しながら、１つの命令で並列に演算処理することを
特徴とする２次元相関係数の並列処理方法。