关于计画名称 指令撷取解读单元及资料存取单元(前瞻性微处理机设计与制造

1、資訊工程學系計畫名稱：可延伸性多處理機系統架構設計之研究(III)(總計畫)研究者：陳正經費來源：關鍵詞：多處理機;可延伸性；作業系統;平行編譯系統;量測方式;平行檔案系統 本篇報告乃是總結過去三年，在國科會支助下可延伸性多處理系統架構設計之研究整合計畫之成果精簡內容。本整合型計畫共有四個相關子計畫，分別推動執行。至目前為止，均已順利完成。此四個子計畫所探討之對象包括多處理機系統架構模擬評估環境之研製及相關議題之研究、多處理機作業系統、I/O檔案系統、以及系統效益與量測方法等。這些子計畫之成果具體內容均分別闡述於另外的論文之中。NSC 87-2213-E-009-計畫名稱：平行編譯環境中有關不

2、規則相依迴圈平行化方法之探討研究者：陳正經費來源：關鍵詞：不規則相依迴圈；迴圈排程；資料分配本計畫的重點在於擴展我們舊有計畫所開發出的新理論及增加此新理論在我們所發展的平行編譯系統之中。我們在前一個計畫中選擇了一套parallel compilation package SUIF51,100,101作為我們發展平行化技術的工具，並且已於此編譯環境中建立了一些功能，包括資料及計算分配方面的問題探討與實作、不規則資料相依關係的分析(Irregular data dependence) 、最小相依距離方塊化(minimum dependence distance tiling)方法之探討及其建立、利

3、用編譯器分析資料的存取型式、程式碼之分割、配置、排程(Program Code Partitioning，Allocation， Scheduling)及資料之放置問題(Data Placement Problem)，以提供一個適當的快取記憶體一致性協定，及適當的競爭門檻(Competitive Threshold)等技術之建立、利用迴圈重組化(loop restructure)的技巧，改善不規則資料相依關係及最小化相依距離方塊化(minimum dependence distance tiling)的平行度及配合即將建立完成的SEESMA模擬評估環境，建立適當的資料分配(data alloc

4、ation)機制與系統整合之測試評估。而在這未來的一年計畫，我們將利用現有的工具與配備，特別針對不規則相依迴圈進行效能評估。第一步，我們承接前一年的成果對不規則相依迴圈平行化方法的進行深入探討，其中將先普及化(generalized)上述不規則相依迴圈的平行化機制。我們要擴充現有不規則相依迴圈平行化的方法，因為目前不規則相依迴圈平行化的方法多為兩層迴圈的形式，未來希望將其擴展成多層迴圈的形式。接著在模擬平台評估上述平行化機制的效能，最後再與國內外其他研究單位所從事相關不規則迴圈平行化的方法作一綜合比較。第二步則是對不規則相依迴圈中的排程與資料分配機制來探討，因為針對既有的不規則迴圈的切割方式，

5、如何將適當的已切割的迴圈方塊分配到各個處理器，並且配合適當的資料配置機制是我們所要探討的重點。所以首先我們將會對迴圈排程與資料分配兩種方法加以分析說明；接著將我們所設計的方法實作於HPF和SUIF上、並且以真實機器及SEESMA來評量執行效能，以便能使我們的方法更加完善，並希望能對平行編譯技術的發展有所貢獻。NSC87-2213-E-009-049-計畫名稱：在叢集多處理機架構中,有關提昇記憶體效能方法之研究研究者：陳正經費來源：關鍵詞：共享記憶體；多處理機；分享型式；錯誤分享；遷移性分享；只有快取記憶體多處機結構；空間區域性；記憶體一致性模組；快取記憶體一致性協定 在以往六年中,我們己在國科

6、會的資助下,陸續的完成 ”高性能多處理機系統設計環境之研製” 及 “可延伸性多處理機系統架構設計之研究” 等計畫, 我們己確實的設計了一套完整且富教育性的多處理機系統模擬評估環境.本計畫的主要目標是繼承以往的成果,再加入一些新的構思,這些構思來自於我們在模擬評估環境下執行應用程式所獲得的評估結果,由於我們發現一些既有的多處理機架構上的缺失,因此我們試圖在未來一年的計畫中,提出具關鍵性而且可以有效改善這些缺失的方式.此計畫主要提出的項目大致可分為三種 : 1.結合動態偵測分享型式(Sharing Pattern)及避免錯誤分享(False Sharing)的快取記憶體一致性協定之研製 : 其主要

7、的目的在於偵測出各種不同的分享型式,然後針對各種不同的分享型式,提出相對應的最佳化方法,另外一方面,也同時避免錯誤分享對這些動態的偵測動作所造成的影響,而這整個動作都將有同一個快取記憶體一致性協定來完成, 2.在叢集式多處理機系統中共享不同記憶體階層的效能評估與探討 : 因為我們在以往建構的叢集式多處理機系統中,其執行的效能並不如預期,究其原因是因為我們並不能完全開發出應用程式的空間區域性,因此我們試圖將原先共享區域性記憶體(local memory)的型式轉換成共享第一層快取記憶體或第二層快取記憶體的型式,因為共享不同記憶體階層可能會產生不同問題,我們都會加以逐一評估. 3.模擬與評估前看式

8、記憶體一致性模組(Look-Ahead Memory Consistency Model) : 因為叢集式多處理機系統,其平行度的需求殷切,故我們嘗試提出一種比既有的方法還要放鬆的記憶體一致性模組,嘗試提升應用程式的平行度,我們並提出相對應的硬體架構,以充分發揮此平行度的提升,並且作一完整的評估探討.這個計畫將整合各個部份效能的提升,嘗試提升整體叢集式多處理機系統的效能,並且更進一步提供使用者一個更完整且選擇性更多的模擬評估環境.NSC88-2213-E-009-083-計畫名稱：ATM訊號系統之研究發展研究者：陳耀宗經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：本計畫為ATM網路訊務管理及信號系統整

9、合計畫中的一個子計畫計畫初期之主要目的在研究ATM訊號系統並發展完成一套訊號系統軟體。而此訊號系統的功能是依據ATM-FORUM所訂定之規格UNI specification 4.0。因此在第一年我們正在進行發展一些訊號系統的特性包括點對點呼叫(point-to-point callsQ2931)點對多點呼叫(point-to-multipoint callsQ2971)。更切確的說是在SAAL發展一服務指定連接導向協定(Service Specific Connection Oriented protocolSSCOP)Q.2931Q.2971試著完成SSCOPSSCF和UNI 4.0 si

10、gnaling之部份功能。由於訊號系統軟體的發展是一項相當複雜的工作我們採用物件導向之設計方式建立一彈性的軟體架構以利工作之進行。目前我們正在進行模擬發展之訊號系統。第二年的計畫我們將研究設計一ATM網路之資源管理系統包括控制平面(control plane)所支援的虛擬通道連接(VCCs)及由管理平面(Management plane)所支援之虛擬路徑連接(VPCs)。為了提供有效的資源管理必須建立一彈性的軟體平台而此控制軟體架構將以物件導向之設計方式進行並且可以促使ATM交換系統提供重要時間(critical timing)要求之服務。對於ATM網路資源管理系統的發展將從虛擬路徑連接管理著

11、手。ATM網路中每條VPC都有其所分配到的網路資源(i.e. Bandwidth and buffer size)若是每條VPC所得到的資源是固定不變的，則可能發生某條VPC用盡所分配到的資源而其它的VPC卻還有剩餘。這將會造成網路資源無法充分利用，降低網路的效率。因此動態的調整VPC所分配到的網路資源是必要的。在第三年我們將持續研究應用程式界面之設計。我們將會提出一個在ATM網路的環境中支援即時多媒體服務之方案根據IETF所提供之方法將應用上之品質需求對映到ATM 服務品質(QOS)規格之上。我們將評估其整體效能並做相關之分析探討。NSC88-2213-E-009-129-計畫名稱：藉由線上

12、建立鋸齒角錐尋找一致全域檢查點研究者：黃廷祿經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：分散式系統；因果關係；因果路徑；鋸齒路徑；一致全域檢查點尋找一分散式計算(distributed computation)中的一致全域檢查點(consistent global checkpoints) 在許多分散式的應用, 如分散式測試(distributed testing)、分散式除錯(distributed debugging)、及容錯計算(fault-tolerant computing)中是一個中心問題。我們考慮的問題是建構所有包含一給定區域檢查點(local checkpoints)集合 S 的一致

13、全域檢查點。我們首先提供一藉由合併 S 中區域檢查點之因果角錐(C-cones)來建構 S 之因果角錐的機制 (所謂S之因果角錐乃是所有與 S 無因果關係的區域檢查點所成的集合)。之後, 我們提供一個利用因果角錐尋找所有一致全域檢查點的演算法。最後, 為簡化建構 S 之因果角錐之工作, 我們提供一個線上(on-line)建構區域檢查點之因果角錐的演算法。NSC 88-2213-E-009-014-計畫名稱：指令擷取解讀單元及資料存取單元（前瞻性微處理機設計與製造 子計畫八）研究者：鍾崇斌、單智君經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：x86指令集;超純量架構;指令擷取解讀單元;指令擷取;指令 解

14、碼;指令分配;資料存取單元;定址模式計算;平行資料存取本計畫的目標，在設計合乎x86指令集特色的指令擷取解讀單元及資料存取單元。指令擷取解讀單元的研究項目包括指令的擷取、解碼及分配；而資料存取單元的研究項目則包括各種定址模式的計算、保護及資料存取的平行化。指令擷取解碼及資料存取的速度，向來為微處理機效率的瓶頸。x86指令集的格式、語意及定址模式均異常複雜，更加重了這些瓶頸對效能的影響。現今之高效能x86指令集處理機，皆用種種特殊的設計來解決這些瓶頸。我們將評估這些設計對效能的影響，並提出新的設計以提供更高的解碼及資料存取頻寬，以配合多重執行單元的運算能力。 本計畫為三年之研究發展計畫中的第三年

15、。在前兩年的研究中，我們完成了各單元的邏輯閘層次設計，包括指令預先解碼器、指令擷取器、指令解碼器、MROM、指令分配器、資料存取單元及資料位址產生單元。並以軟體模擬評估重要實作方案的可行性、複雜度、硬體成本及效能，來確定重要的設計決策。並從事各單元的驗證及單元間的整合。今年的研究方向，在延續前兩年的研究成果，參與實作驗證及整合。並更精確的評估實作上的時脈限制、成本限制，回饋改進原來的設計。以實作的限制及效果，從事系統參數調整結構修正，並參與技術轉移。NSC88-2622-E-009-009-計畫名稱：無線多重進階規約引擎研究者：單智君經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：無線多重進階;規約;控

16、制器本計畫的目標是設計一個可以用來製作無線多媒體多蜂巢網路中無線多重進接規約控制器之規約引擎。在交大先期整合型計畫無線個人通訊系統之研發中，已提出一個可以支援無線多媒體傳輸之多重進接規約，並以摩托羅拉公司出品之通用型微控制器系統驗證其可行性。本計畫將檢討該系統架構缺陷，並針對該規約之特性進行規約引擎之設計，以提升端點對端點的傳輸速度與效能。本計畫的行動台將設計成手機的形式,其基本架構如下圖所示:此手機主要包含一顆486級嵌入式處理器和由FPGA（圖中陰影部份）與記憶體元件所構成的規約引擎。我們所設計之規約引擎使用此嵌入式處理器執行諸如排程( Transmission Scheduling）等工

17、作。另外我們用FPGA製作規約引擎中需要加強速度的功能。本規約引擎將採取模組化設計以兼顧彈性，效能，以及重用性。我們分析此規約之特性以界定此規約中適合硬體來執行的部份。此規約引擎之硬體部份主要包括：無線數據機介面、封包位址與形態的偵測、CRC錯誤檢查、PC介面等。至於傳輸排程(Transmission scheduling)、包裝封包、解封包方面等工作則將仍以軟體執行，以維持此規約控制器的使用彈性及易修改性，使新的規約設計構想可以很快地以此控制器驗證之。軟體的核心部份會被移到以486架構為主嵌入式處理器之中。在第一年度的計畫中，我們研讀了該系統之架構，並調整規約部份以支援無線區域網路規格IEE

18、E802.11；另一方面，我們也定義出此規約引擎之外部界面、內部架構及界面控制部份的功能，同時以硬體描述語言描述此部份之功能，以驗證其功能之正確性。NSC88-2218-E009-058 ACCNO：87N527-計畫名稱：標竿程式分析、測試與效能評估研究者：鍾崇斌經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：“單晶片多處理機設計”總計畫之目標，為設計多處理機晶片架構，並開發相關支援技術以提昇系統效能。我們分下列三子計畫分別進行：一標竿程式分析、測試與效能評估二處理機晶片內記憶體結構之設計三單晶片多處理機可程式實驗平台之設計及實現本子計畫-標竿程式分析、測試與效能評估-之目標為：以SPLASH2及SP

19、ECfp95標竿程式為測試對象，運用軟硬體整合之方法予以最佳化，以提昇系統執行效能。我們針對通訊延遲之特性進行研究，以提昇系統效能。在多處理機晶片中，處理單元間通訊延遲大幅縮短，並可建立硬體機構以開發處理單元間之指令平行性。我們更可以此多處理機晶片為基礎，建構階層式多處理機系統，使得各階層有不同之通訊延遲。我們針對上述特性，探討階層式工作配置、快取記憶體存取之最佳化、及同步機構之設計，以提昇系統效能。本計畫為三年期計畫，計畫書撰寫時第二年研究工作正進行中，本計畫書申請第三年預算。在第一年中，我們提出靜態工作配置方法，並建構模擬環境與編譯器前端，作為未來研究工作之準備。在第二年中，我們針對較簡易

20、之程式及理論模型，發展動態工作配置、同步機構、及快取記憶體存取最佳化之方法。在第三年中，我們將這些方法實現至較複雜之標竿程式中。預計之工作項目包括：(1) 以階層式工作配置方法，最佳化SPLASH2標竿程式。(2) 針對SPECfp95，對快取記憶體存取進行最佳化。(3) 將同步方法移植至SPLASH2及SPECfp95可執行碼中，使其運用所設計之硬體同步機構。(4) 在模擬環境中，測試SPLASH2及SPECfp95之執行效能。本整合型計畫將建構一實驗平台，整合各子計畫之設計。本子計畫所產出之最佳化過之標竿程式，將於此實驗平台上進行測試，以完成此整合型研究計畫。NSC88-2213-E-00

21、9-040-計畫名稱：行動計算的層級式因果群播機制之研究研究者：曾建超經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：行動計算式環境(mobile computing environment)可被視為一個允許電腦主機四處遊走的分散式系統。群播(multicast)則為一個可將單一資料封包自一使用者送至一群分散在各地方的使用者的重要機制。因果群播演算法已在傳統分散式系統有許多討論;然而，由於行動計算環境的特性，因果群播機制若欲在行動環境中施行，相較於傳統分散式系統，將面臨更多難題。目前已有若干學者提出適合於行動計算環境的因果群播演算法。但是所提出的演算法並未將網路協定的層次化架構考慮進來，同時也沒有善用行

22、動式網際網路協定(Mobile Internet Protocol)的支援，演算法因此而有相當程度的複雜性。本計劃目的旨在提出一適合在行動網際網路環境運作的因果群播機制; 我們也將考慮網路協定的層次化架構，並善加利用行動式網際網路協定的支援。行動計算式環境可被視由分散式系統擴充而成。行動電腦在此環境中，可透過方便的無線界介面、運用豐沛的網路資源。然而，行動電腦雖然便利，卻在硬體方面受限於低速的無線網路頻寬、電力不寬裕以及較差的計算能力。因果群播機制為分散式系統的一核心技術。一般而言，因果群播演算法在發送群播訊息給群組成員之前，須在訊息中加入因果資訊，通常此會佔用許多空間。群組成員在收到這樣的訊

23、息後，自己須耗費運算電力來決定是否該收下此訊息，抑或須先暫保留、等待該到而未到的其它訊息。由於行動電腦的硬體限制，行動電腦並不適合直接執行因果群播演算法、親自收發冗長的因果訊息。另外，由於可移動性，行動電腦將難以依照因果次序來遞送訊息。因果群播機制在行動式的網際網路環境中顯得格外複雜。若欲實現因果群播機制，光靠網際網路協定中某單一層級的支援並不符合實際。因此，本計劃將妥善運用網路協定的層次化架構、提出一層級化的因果群播機制。我們預計定義層級相鄰與對等 (peer) 的網路協定之間的互動訊息、並規劃各層級協定的功能，來實現行動計算式的因果群播機制。有鑑於完善的網路層協定可大幅提昇上層網路協定的作

24、業效率，同時也可簡化行動電腦的執行程序，我們將深入研究行動電腦的可移動性對因果群播的影響，審慎地設計可支援因果群播的網路層協定，使其可以與行動式網際網路協定相互合作，得以更有效地支援行動電腦的移動。最後，我們擬將建立效能評估模型，透過系統化的效能分析，來驗證我們所提出之架構的效率與否。NSC88-2213-E-009-081-計畫名稱：行動式程式碼系統中軟體授權與保護機制研究者：謝續平經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：網際網路技術的快速發展，漸漸改變了以往軟體的使用與散佈(distribution)的行為模式。傳統中，軟體開發者(software developer)所發展的軟體經由真實世界(real world)中的銷售管道散佈，如商家店面、訂貨機制等；軟體使用者，則大多只在單一環境(如個人電腦，工作站)上使用與操作軟體。更甚者，由