80. Систолические матрицы

Систолическая матрица состоит из отдельных процессорных узлов, каждый из которых соединен с соседними посредством упорядоченной решетки. Большая часть процессорных элементов располагает одинаковыми наборами базовых операций, и задача обработки сигнала распределяется в матричном процессоре по конвейерному принципу. Процессоры работают синхронно, используя общий задающий генератор тактовых сигналов, поступающий на все элементы.

Принцип систолической обработки заключается в выполнении всех стадий обработки каждого элемента данных, извлеченных из памяти, прежде чем результат этой обработки поместить обратно в память.

Этот принцип реализуется систолической матрицей или массивом ПЭ.

Преимущество систолической обработки:

1). Минимизация обращений к ОП:

Это позволяет согласовать скорость работы ОП со скоростью обработки данных, что в известных системах – несогласованно.

2). Облегчается решение проблемы В/В.

3). СС легко реализовывается по технологии СБИС.

4). Минимизации межсоединений:

70% затрат на изготовление микросхемы идет на транспортировку данных. Ближлежайшие ПЭ связаны между собой.

Проблема использования СС:

Для каждой задачи требуется нахождение своей систолической матрицы. Для реализации преимущества систолической обработки необходимо найти для каждой задачи (класса задач) соответствующие систолические алгоритмы и отобразить их на систолическую структуру.

Примеры:

Систолические алгоритмы найдены для широкого спектра задач числовой обработки, обработки сигналов, символьной обработки.

a) умножение и обращение матриц;

b) решение систем линейных уравнений;

c) дискретное преобразование Фурье;

d) кодирование и декодирование числовых последовательностей.