Reconfigurable Computing

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出版者:Springer
作者:Maya Gokhale
出品人:
页数:252
译者:
出版时间:2005-12
价格:$ 168.37
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387261058
丛书系列:
图书标签:
  • FPGA
  • 可重构计算
  • FPGA
  • 硬件加速
  • 并行计算
  • 嵌入式系统
  • 数字电路设计
  • 计算机体系结构
  • 高性能计算
  • VLSI
  • EDA
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具体描述

A one-of-a-kind survey of the field of Reconfigurable Computing Gives a comprehensive introduction to a discipline that offers a 10X-100X acceleration of algorithms over microprocessors Discusses the impact of reconfigurable hardware on a wide range of applications: signal and image processing, network security, bioinformatics, and supercomputing Includes the history of the field as well as recent advances Includes an extensive bibliography of primary sources

好的,以下是为一本名为《Reconfigurable Computing》的书籍撰写的、不包含该书内容的详细简介。 --- 《嵌入式系统设计与优化:面向低功耗与实时性的新范式》 导言:后摩尔时代的系统挑战 随着半导体技术的不断演进,我们正迈入一个全新的计算时代。摩尔定律的物理极限日益逼近,传统的基于固定功能硬件(ASIC)和通用处理器(CPU/GPU)的系统设计方法正面临严峻的挑战。功耗墙、性能瓶颈以及日益复杂的需求,特别是对实时性、能源效率和可定制性的苛求,推动着电子系统设计进入一个需要根本性变革的阶段。本书旨在深入探讨在这一背景下,如何通过创新的系统级方法论,构建出既能满足严苛性能要求,又能实现卓越能效比的嵌入式系统。 本书并非关注硬件重构的底层原理,而是将视角聚焦于如何高效地利用现有或可编程硬件资源,针对特定应用领域进行极致的系统优化。我们假设读者对数字电路基础和基本的嵌入式系统架构有所了解,但渴望掌握一套系统化、可量化的设计流程,以突破当前性能与功耗的僵局。 第一部分:系统级能效分析与建模 第 1 章:嵌入式系统能效的量化指标体系 在缺乏特定重构上下文的前提下,高效的系统设计始于精确的度量。本章系统地梳理了嵌入式系统设计中核心的能效指标,包括能效比(Performance per Watt)、动态功耗与静态功耗的解耦分析,以及针对特定任务的能量消耗预算模型。我们将详细介绍如何建立任务级、指令级直至系统级的能耗模型,并讨论在系统启动、空闲和全速运行等不同工作状态下的功耗特性分析方法。 第 2 章:异构计算平台的系统级建模与抽象 现代嵌入式系统普遍采用异构架构,集成多核CPU、DSP、专用的加速器模块以及高速存储器。本章重点探讨如何对这种复杂的异构平台进行系统级抽象建模。我们将介绍基于事件驱动(Event-Driven)和数据流(Dataflow)的模型构建方法,用于预测不同计算单元间的任务分配和数据搬运对整体延迟和能耗的影响。关键内容包括如何建立准确的通信模型(如片上网络NoC的延迟与能耗)和内存访问模型。 第 3 章:实时性约束下的工作负载调度理论 对于许多关键任务应用(如自动驾驶、工业控制),满足严格的时序约束(Hard Real-Time)是首要任务。本章引入了先进的实时调度理论。我们将深入分析固定优先级抢占式调度(Rate Monotonic Analysis, RMA)和动态优先级轮转调度(Earliest Deadline First, EDF)在多处理器系统中的扩展应用。此外,本章还将讨论如何将能耗优化目标纳入调度决策过程,实现“软实时”与“能效”的权衡(Energy-Aware Scheduling)。 第二部分:面向低功耗的软件与编译技术 第 4 章:指令集定制化与编译器辅助优化 在不改变底层硬件拓扑结构的前提下,软件层面的优化是提升能效的有效途径。本章探讨了如何通过指令集架构(ISA)的微小调整或扩展,来适应特定的计算密集型操作。重点在于编译器如何识别这些“机会”,并利用指令级并行(ILP)技术,通过循环展开、函数内联和指令调度,最大化处理器的有效利用率,从而在更短的时间内完成任务,降低平均工作电压。 第 5 章:数据流驱动的并行化与数据重用策略 数据移动的成本往往高于计算本身。本章聚焦于如何通过软件算法设计,最大化数据在本地存储器中的重用性。我们将详细介绍分块化(Tiling)和循环变换(Loop Transformation)技术,这些技术旨在优化数据的空间和时间局部性,显著减少对片外或片上共享存储器的访问频率。讨论还将延伸至如何利用高级语言特性(如OpenMP、CUDA C)来指导编译器进行高效的内存访问模式生成。 第 6 章:动态电压与频率调节(DVFS)的系统级实现 DVFS是现代嵌入式系统实现动态功耗管理的核心技术。本章从系统软件和固件的角度,深入分析了DVFS策略的实施细节。我们将对比全局DVFS(Global DVFS)和细粒度(Per-Core DVFS)的优劣,并探讨如何基于预测的系统负载和实时功耗反馈,设计出最优的电压/频率切换策略。关键在于如何最小化切换开销,确保在性能需求发生突变时,系统能平稳过渡。 第三部分:高级系统架构与内存子系统优化 第 7 章:内存层次结构的功耗感知设计 内存访问是嵌入式系统功耗的主要来源之一。本章将探讨如何针对特定应用的工作集大小和访问模式,优化内存层次结构。内容包括缓存(Cache)大小、关联度(Associativity)和替换策略(Replacement Policy)对能耗的影响分析。我们将介绍一些非传统的方法,例如基于内容寻址存储器(CAM)的局部性增强技术,以及如何通过软件预取(Prefetching)机制来隐藏内存延迟,从而降低系统整体的等待功耗。 第 8 章:片上通信(NoC)的能效优化 随着系统集成度的提高,片上网络(Network-on-Chip, NoC)成为连接处理器和加速器的关键瓶颈。本章深入研究NoC的功耗模型,包括路由算法、交换结构和物理层设计对能耗的影响。我们将比较不同路由策略(如维度顺序路由、自适应路由)在满足QoS约束下的能量效率,并介绍如何在流量拥塞时动态调整交换机的工作频率以节约功率。 第 9 章:面向任务的系统级电源门控与时钟门控 电源门控(Power Gating)和时钟门控(Clock Gating)是降低静态功耗和动态功耗的有效手段。本章侧重于如何确定哪些模块可以被安全地关闭(Isolation Cells的放置),以及何时进行门控操作,以最小化对系统性能的冲击。我们将介绍基于状态机的电源管理单元(PMU)的设计流程,以及如何通过编译时静态分析来辅助运行时动态的电源状态转换。 第四部分:案例研究与设计流程整合 第 10 章:面向传感器的边缘计算能效优化 本章通过一个具体的物联网(IoT)边缘传感器节点案例,演示如何将前述的分析和优化技术整合到一个端到端的设计流程中。重点在于数据采集、预处理、本地推理和云端同步的功耗划分。我们将对比不同算法(如轻量级机器学习模型)在固定硬件平台上的性能-能耗曲线,以指导硬件选型与软件架构的最终决策。 第 11 章:系统级验证与能耗/性能的联合仿真 有效的系统设计离不开精确的验证。本章探讨了系统级仿真工具链在评估功耗和性能方面的应用。我们将介绍如何将硬件描述语言(HDL)的功耗模型与软件行为模型集成到统一的仿真环境中,实现对复杂调度和DVFS策略的精确评估。最终目标是建立一套从需求到最终实现的全流程验证闭环,确保设计目标得以实现。 --- 目标读者: 嵌入式系统架构师、系统级设计工程师、高性能计算软件开发者,以及对低功耗/实时系统设计有浓厚兴趣的研究人员。 核心价值: 本书提供了一套不依赖于底层硬件重构细节的、系统化、跨层级的优化方法论,旨在帮助设计者在固定的或预定义的异构硬件上,榨取出最高的能效比和最可靠的实时性能。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计有一种独特的吸引力,简约却又不失科技感,仿佛在预示着书中将要揭示的,是计算领域中最前沿的探索。我长期以来一直关注着计算机体系结构的演进,特别是那些能够应对指数级增长的数据量和计算需求的解决方案。可重构计算这个概念,在我看来,是连接理论与实践,突破现有硬件瓶颈的一条充满希望的路径。我迫切地希望这本书能够深入浅出地阐述可重构计算的核心原理,包括其基本模型、设计哲学以及与现有硬件技术(如FPGA)的紧密联系。我尤其对书中可能提供的关于如何设计和实现动态可重构硬件的细节非常感兴趣,这或许会涉及到硬件描述语言、编译器优化技术甚至是全新的编程模型。我想了解,究竟是什么样的机制,能够让一块硬件在运行时发生“变形”,以适应不同的计算任务。我希望书中能够通过生动的案例,展示可重构计算在人工智能、科学计算、通信系统等领域所展现出的强大应用潜力,以及它在性能、功耗和灵活性方面相较于传统架构的突出优势。如果书中能够进一步探讨可重构计算在未来计算发展中的地位和前景,以及它所面临的挑战,那就更加完美了。

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这本书的封面设计简洁而充满科技感,立刻吸引了我的目光。我一直对计算架构的演进以及如何突破现有技术的限制充满热情。可重构计算这个概念,在我看来,正是应对未来计算挑战的关键之一。我非常期待这本书能够深入剖析可重构计算的理论基础,包括其核心原理、设计方法以及硬件实现的技术细节。我尤其对书中如何阐述动态重构和静态重构的区别,以及它们各自的应用场景和优劣势非常感兴趣。在我看来,可重构计算的强大之处在于其能够提供高度定制化的计算能力,从而在性能和能效方面达到极致。我希望书中能够提供一些具体的应用案例,展示可重构计算在诸如图像处理、模式识别、以及高性能科学计算等领域的实际应用,并详细分析其相比于传统计算架构的优势。此外,我也对书中关于可重构计算的软件支持和工具链的介绍非常期待,因为这直接关系到开发者如何有效地利用这一前沿技术。如果书中能够对可重构计算在未来计算发展中的地位和潜在挑战进行深入探讨,那就更加宝贵了。

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这本书的封面设计简洁有力,一看就充满了学术的严谨性和前沿性。我一直以来都在关注着计算机体系结构的发展,特别是那些能够突破传统瓶颈、实现计算效率和灵活性的技术。可重构计算这个概念,听起来就蕴含着巨大的潜力,能够让硬件像软件一样灵活。我非常期待这本书能够深入阐述可重构计算的理论基础,包括其计算模型、架构设计原则以及硬件实现的技术细节。我尤其希望能够了解书中是如何区分和描述不同级别的可重构性,比如指令集级、数据通路级、以及系统级重构。在我看来,可重构计算的魅力在于其能够根据具体的应用需求,动态地生成最优的硬件加速器,从而实现前所未有的性能和能效。我期待书中能够提供一些具体的应用案例,展示可重构计算在诸如深度学习、信号处理、甚至是生物信息学等领域的实际应用,并分析其相较于传统计算方式的优势。此外,我也对书中关于可重构计算的软件支持和工具链的介绍非常期待,因为这直接关系到开发者如何有效地利用这一强大的技术。如果书中能够探讨可重构计算在未来计算发展中的地位和潜在挑战,那就非常有价值了。

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拿到这本书,第一感觉就是它的份量,仿佛承载了海量的信息。我一直以来都对计算机体系结构的变化和发展充满浓厚的兴趣,尤其是在当前摩尔定律放缓的背景下,寻找新的计算范式变得尤为重要。“Reconfigurable Computing”这个书名,直击我内心对突破传统计算模式的渴望。我猜测书中会深入探讨可重构计算的核心原理,包括其基本概念、不同的实现方式(例如基于FPGA的实现)以及与之相关的技术挑战。我尤其希望能够读到关于如何设计和实现可重构硬件的部分,这可能涉及到硬件描述语言、并行处理技术以及如何高效地进行硬件配置。我非常好奇,可重构计算在提高计算效率、降低能耗以及实现高度定制化计算方面的潜力究竟有多大。我期待书中能够提供一些实际的应用案例,让我能够直观地理解可重构计算在人工智能、高性能计算、嵌入式系统等前沿领域的实际价值。对于我来说,理解可重构计算与传统ASIC和CPU的权衡,以及它在未来计算领域扮演的角色,是至关重要的。这本书如果能够为我勾勒出可重构计算的宏伟蓝图,那就太棒了。

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这本书的书名“Reconfigurable Computing”本身就激发了我极大的兴趣。在当前的计算领域,我们正面临着前所未有的挑战,传统的计算架构在处理海量数据、复杂算法时,正逐渐显露出其局限性。我一直在寻找能够突破现有模式的新思路,而“可重构计算”这个概念,听起来就蕴含着巨大的潜力。我猜测这本书会深入探讨可重构计算的核心思想,例如它如何通过在运行时动态地调整硬件结构来适应不同的计算任务,从而实现更高的效率和灵活性。我特别想了解书中是如何阐述可重构计算的实现机制的,这其中可能涉及到FPGA(现场可编程门阵列)这类硬件平台,以及与之配套的软件工具链和编译技术。我希望书中能够清晰地解释,究竟是什么让硬件变得“可重构”,以及这种重构是如何实现的。我期待书中能够提供一些具体的应用案例,让我能够看到可重构计算在实际问题中的应用价值,比如在人工智能的深度学习加速、科学计算的并行处理、甚至是物联网设备的定制化计算等方面。对我而言,理解可重构计算在性能、功耗和灵活性之间的权衡,以及它与ASIC和CPU等主流计算范式之间的对比,是非常重要的。这本书如果能够提供这方面深入的分析,那就再好不过了。

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这本书的出现,简直像是在我苦苦追寻某个难题答案时,忽然眼前出现了一盏明灯。我一直以来都在关注着计算机体系结构的演进,特别是那些能够突破传统瓶颈的技术。可重构计算这个概念,在我脑海中已经萦绕了很久,但我总觉得缺乏一个系统性的、权威性的解读。我接触过一些FPGA相关的资料,也了解到它们在实现硬件加速方面的能力,但“可重构计算”似乎比单纯的FPGA编程更加宏大和深入。我猜测书中会详细探讨可重构计算的理论基础,比如它的计算模型,以及如何通过动态硬件配置来实现任务的优化。我非常希望能够读到关于“如何设计一个可重构计算系统”的内容,这其中可能涉及到硬件描述语言、编译器技术,甚至是一些全新的软件工具链。对于我而言,理解不同层次的可重构性——从指令集级别的微架构重构,到功能模块级别的资源重构,再到整个系统级别的互联重构——都是至关重要的。我期待书中能够清晰地梳理这些概念,并给出一些清晰的定义和边界。而且,我也很好奇,可重构计算在功耗效率和性能提升方面,与传统的专用集成电路(ASIC)和通用处理器(CPU)相比,究竟能达到怎样的水平。这本书如果能提供一些对比性的分析,甚至是一些量化的数据,那将是非常宝贵的。我对它的期望很高,希望它能成为我理解这一前沿领域的坚实基石。

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这本书的标题“Reconfigurable Computing”就像一把钥匙,打开了我对未来计算模式的好奇之门。我一直在思考,在通用处理器和专用集成电路之外,是否存在一种更具弹性的计算方式,能够兼顾两者的优点。我猜测这本书会深入探讨可重构计算的核心思想,包括它如何通过动态调整硬件资源和连接方式,来适应不断变化的计算任务。我尤其希望能够了解到书中是如何阐述可重构计算的实现技术的,这可能涉及到FPGA(现场可编程门阵列)等硬件平台,以及与之配套的软件工具链和编译技术。我非常想知道,究竟是什么让硬件变得“可重构”,以及这种重构是如何在运行时进行的。我期待书中能够提供一些具体的应用实例,让我能够直观地理解可重构计算在人工智能、高性能计算、嵌入式系统等领域的实际价值,并比较它与传统计算方式在性能、功耗和灵活性上的差异。对我而言,理解可重构计算在不同应用场景下的权衡,以及它在未来计算发展中的潜力,是非常重要的。这本书如果能为我揭示这一全新计算范式的奥秘,那我将感到非常满足。

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这本书的标题“Reconfigurable Computing”本身就充满了吸引力,它暗示着一种超越固定硬件设计的计算范式。我一直对如何更高效、更灵活地利用计算资源充满好奇。在当今信息爆炸的时代,传统的计算架构面临着前所未有的挑战,而可重构计算似乎提供了一种可能的解决方案。我希望这本书能够深入讲解可重构计算的核心概念,包括它如何通过动态调整硬件结构来适应不同的计算任务,从而实现性能的优化和能耗的降低。我特别期待书中能够详细介绍实现可重构计算的关键技术,比如FPGA(现场可编程门阵列)的应用,以及与之相关的硬件描述语言、编译工具链和运行时管理系统。对我而言,理解可重构计算在不同应用场景下的优势,例如在人工智能的加速计算、嵌入式系统的定制化设计、以及高性能计算的并行处理等方面,是非常重要的。我希望书中能够提供一些实际的应用案例分析,让我能够直观地看到可重构计算如何解决实际问题,并与传统的CPU和ASIC进行比较,分析其在性能、功耗和开发周期上的差异。如果书中能够对可重构计算未来的发展趋势进行展望,那就更具参考价值了。

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这本书的封面设计就足够引人入胜,那种流线型的、充满科技感的图案,仿佛预示着书中内容将是如何的深邃与前沿。拿到手上,厚实的手感也让人安心,仿佛握住了一本沉甸甸的知识宝库。我一直对计算的未来形态充满好奇,尤其是在摩尔定律逐渐触及物理极限的当下,如何突破传统的CPU架构,实现更高效、更灵活的计算,是我一直在思考的问题。我非常期待这本书能为我打开一扇新的大门,让我了解到那些能够根据具体任务需求进行硬件重新配置的计算范式。想象一下,一块芯片,可以通过软件指令,瞬间变成一个专门处理图像识别的加速器,又或者转瞬之间变成一个高效的密码学计算单元,这样的灵活性和强大潜力,让我感到无比兴奋。我希望书中能够深入浅出地阐述“可重构计算”这一概念的核心原理,包括其与FPGA、ASIC等硬件技术的关联,以及它在不同应用领域,如人工智能、高性能计算、嵌入式系统等方面的潜在突破。我更期待看到书中能够提供一些实际的案例分析,让我能够直观地理解可重构计算的优势所在,以及它在解决实际工程问题时所展现出的力量。我希望这本书不仅仅停留在理论层面,更能提供一些实践性的指导,哪怕是概念性的指导,让我能够对如何设计、如何实现这样的可重构系统有一个初步的认识。这本书的名字本身就充满了吸引力,我迫不及待地想深入其中,探索计算的无限可能,看看它是否能解答我心中关于计算架构演进的种种疑问。

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这本书的封面设计简洁而富有科技感,一看就给人一种专业而权威的感觉。我最近一直在关注计算架构的未来发展趋势,特别是如何应对日益增长的数据处理需求和计算复杂度的挑战。可重构计算这个概念,在我看来,是解决这些问题的关键方向之一。我非常期待这本书能够深入剖析可重构计算的理论基础,包括其计算模型、架构设计原则以及硬件实现的技术细节。我尤其感兴趣的是,书中会如何阐述动态重构和静态重构的区别,以及它们各自的优势和局限性。在我看来,可重构计算的魅力在于其极高的灵活性,能够根据不同的应用场景定制最优的硬件加速方案。我希望书中能够提供一些具体的实例,展示可重构计算在诸如信号处理、图像识别、甚至是密码学等领域的应用,并分析其相比于传统计算方式的性能提升和功耗优势。此外,我也对书中关于可重构计算的软件支持和工具链的介绍非常期待,因为这直接关系到开发者如何有效地利用这一技术。如果书中能够探讨可重构计算在嵌入式系统、高性能计算等领域的未来发展前景,以及它可能面临的挑战,那将是非常有价值的。

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