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利用可重構(gòu)處理器打造更智能的自主式武器裝備
在消費(fèi)電子和無線行業(yè)，移動(dòng)設(shè)備是當(dāng)之無愧的*。而現(xiàn)在，美國軍方也開始著手為其自主式武器裝備添加移動(dòng)特性，如此一來，這類武器必須消耗更低的能量。另外，通過板上處理器，這些武器還能對大量的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選及傳輸。
美國國防*技術(shù)研究計(jì)劃署(Darpa)啟動(dòng)的“多形態(tài)計(jì)算架構(gòu)(PCA)”項(xiàng)目，是軍方自主式武器裝備計(jì)劃的一部分。據(jù)Darpa的信息處理技術(shù)辦公室(IPTO)介紹，該項(xiàng)目的目標(biāo)是開發(fā)“可重構(gòu)和可適應(yīng)任務(wù)需求的處理架構(gòu)”。這些應(yīng)用就包括“敏捷”傳感器和智能航空電子設(shè)備。
據(jù)項(xiàng)目參與者介紹，PCA的一個(gè)關(guān)鍵部分是一款單芯片信號處理器，將作為可適應(yīng)傳感器有效載荷的“大腦”使用。軍方計(jì)劃人員所設(shè)想的一種早期應(yīng)用是一款板上處理器，該處理器能被集成進(jìn)微型無人駕駛飛機(jī)所攜帶的傳感器載荷中。
為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性，研究人員將 處理器的大小從以往的多達(dá)8塊板卡，減少到單一芯片信號處理器加支持電路，再加上內(nèi)置的可重復(fù)編程能力。這樣一來，軍方計(jì)劃人員就能縮減傳感器平臺的大小，并延長傳感器執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間。因此，Darpa架構(gòu)項(xiàng)目的成果將zui終用于微型無人駕駛飛機(jī)中，這些小飛機(jī)可自我引導(dǎo)深入敵后，并發(fā)回大量傳感器數(shù)據(jù)。
Darpa項(xiàng)目官員把美國國防部目前所使用的嵌入式計(jì)算項(xiàng)目描述為“靜態(tài)”的，它依賴基于固定架構(gòu)的、已將現(xiàn)有軟件性能發(fā)揮到極至的硬件驅(qū)動(dòng)型“點(diǎn)方案("point solutions)”。一份Darpa項(xiàng)目這樣描述道：“靜態(tài)方式缺乏滿足動(dòng)態(tài)任務(wù)要求的多樣性，其所導(dǎo)致的性能下降或差強(qiáng)人意的匹配處理性能結(jié)果將損害我們的戰(zhàn)斗力。”
為解決此問題，Darpa六個(gè)技術(shù)分支之一的IPTO，從2000年開始向行業(yè)征求對三階段PCA項(xiàng)目框架下的可重構(gòu)架構(gòu)的建議。Darpa已資助了若干開發(fā)項(xiàng)目，其中包括由Raytheon公司和德州大學(xué)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的可重構(gòu)處理器設(shè)計(jì)。
Raytheon團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種稱為“Monarch(即：形變網(wǎng)絡(luò)化微架構(gòu))”的PCA架構(gòu)。該系統(tǒng)的關(guān)鍵是一種“可重構(gòu)的計(jì)算結(jié)構(gòu)”，Raytheon的航天航空系統(tǒng)部門負(fù)責(zé)Monarch技術(shù)的調(diào)研人Michael Vahey表示。
今年上半年，德州大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)布了其稱為Trips(即可靠的每秒萬億次運(yùn)算速度的智能自適應(yīng)處理系統(tǒng))的多形態(tài)微處理器架構(gòu)。該大學(xué)的研究人員表示，他們的方法以一種稱為“顯性數(shù)據(jù)圖表執(zhí)行(EDGE)”的專有架構(gòu)為基礎(chǔ)，并稱此架構(gòu)可極大改進(jìn)單線程MPU的性能。
Trips原型處理器包含兩個(gè)處理內(nèi)核。德州大學(xué)稱，該原型是利用納米級技術(shù)實(shí)現(xiàn)靈活處理器系列的產(chǎn)品。截至目前，為支持德州大學(xué)的該項(xiàng)研究，Darpa已注入了約1,500萬美元。
單芯片處理器能夠縮小“鷹”等無人駕駛飛行器的體積
IBM微電子在其位于美國佛蒙特州伯靈頓的工廠制造了該Trips原型芯片。
Mercury Computer Systems公司為Raytheon的Monarch SoC提供了硅知識產(chǎn)權(quán)。南加州大學(xué)的工程師為該架構(gòu)的關(guān)鍵部分也做出了貢獻(xiàn)。
IBM微電子公司利用低k電介質(zhì)、采用90nm工藝制造出一個(gè)能工作的Monarch信號處理器。Raytheon的Vahey表示，他們已經(jīng)計(jì)劃采用45nm工藝重新流片，以期減小未來的設(shè)計(jì)尺寸。“它不僅僅是一種原型，而且是一個(gè)可工作的模型。”Vahey表示。
Raytheon團(tuán)隊(duì)的另一位成員Georgia Tech承擔(dān)軟件開發(fā)，這是“Morphware”項(xiàng)目的一部分。Vahey介紹，Monarch的“可重構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)”能在處理單元間傳遞數(shù)據(jù)，而無需先把數(shù)據(jù)路由到存儲器上。這種方法能更地路由數(shù)據(jù)、并允許用戶根據(jù)具體任務(wù)來“調(diào)整”架構(gòu)。
“這一切都由軟件完成。”Vahey解釋說。
或者，就像Darpa計(jì)劃官員所強(qiáng)調(diào)的：“軟件*，硬件zui后。”該口號指為能更好地利用任務(wù)及其它軟件，而開發(fā)一種能承擔(dān)各種形式的多形態(tài)處理器架構(gòu)。
Raytheon的Monarch SoC架構(gòu)
與該可重構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)一起，Monarch架構(gòu)采用6個(gè)RISC處理器和12MB的片上存儲器。Raytheon還吹捧Monarch的低功耗和低工作電壓，這些特性對載滿傳感器的自動(dòng)駕駛飛船等軍事應(yīng)用來說很關(guān)鍵。
Darpa計(jì)劃官員特別指出，基于PCA的系統(tǒng)有望同時(shí)具有高性能和低功耗的優(yōu)勢。
雖然，我們目前還無法獲知PCA項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)或何時(shí)開始部署這一可重構(gòu)處理器技術(shù)。但是，Raytheon的Vahey透露，到2015年，該技術(shù)就可在戰(zhàn)場上一顯身手。 (end)