[发明专利]使用紧凑的运算处理元件进行处理的计算设备

说明书

本发明涉及处理器或其它设备，例如可编程和/或大规模并行的处理器或其它设备，包括设计成对低精度但高动态范围(LPHDR运算)的数值执行运算操作(可能但不一定包括例如加法、乘法、减法和除法中的一个或多个)的处理元件。这样的处理器或其它设备可例如在单芯片上实现。不管是否在单芯片上实现，在本发明的某些实施例中的处理器或其它设备中的LPHDR运算元件的数量都明显超过(例如，大于其3倍至少20个)在处理器或其它设备中的被设计成执行传统精度的高动态范围运算(例如32位或64位浮点运算)的运算元件(如果有的话)的数量。

本申请是申请日为2010年6月16日、申请号为201080036873.8，以及发明名称为“使用紧凑的运算处理元件进行处理”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及数据处理，特别是涉及数据计算。

背景技术

快速计算的能力已变得对人类非常重要。天气和气候预报、医疗应用(例如药物设计和无创成像)、国防、地理勘探、金融建模、互联网搜索、网络通信、在各种领域中的科学研究，以及甚至新计算硬件的设计，每个都变得依赖于快速执行大量计算的能力。可看到、听到和理解的未来的进步，例如复杂纳米级系统的计算机辅助设计或消费产品的发展，将要求经济地获得甚至更大的计算能力。

戈登·摩尔(Gordon Moore)的预测(每美元的计算性能将每两年加倍)已证明在过去30年间是有效的，且看起来可能以某种形式继续。但尽管有这个快速的指数增加，事实是，可从硅获得的固有计算能力比从软件可获得的固有计算能力增长得快得多。换句话说，虽然计算硬件的理论计算能力指数地增长，但是，对于任何接近硬件的理论最大计算能力的情况，软件访问硬件所需要的接口限制了软件使用硬件来执行计算的能力。

考虑包含大约十亿个晶体管的现代硅微处理器芯片，时钟大约是1GHz。在每个周期上，芯片将大约一个有用的运算操作传送到它正运行的软件。例如，一个值可能在寄存器之间传递，而另一值可能递增，也许实现乘法。这并不与芯片在30年前做的事情十分不同，虽然今天时钟速率也许快1000倍。

真正的计算机被构造为物理设备，且由其构造了机器的物理机制常常展示复杂和有意义的行为。例如，硅MOSFET晶体管是能够执行有意义的非线性运算(例如求幂) 的设备。两条电线的连接可增加电流。如果被正确地配置，十亿硅晶体管和电线应能够在基本部件的几个传播延迟(如果总体设计是传统的数字设计，则是“周期”)内执行十亿次有意义的计算运算中的相当大的一部分。然而，今天的CPU芯片使用十亿个晶体管来使软件每周期只能够执行几次这样的运算，而不是执行十亿次中的相当大一部分的这样的运算(这本来是有可能的)。

发明内容

本发明的实施例的目的在于处理器或其它设备，例如可编程的和/或大规模并行的处理器或其它设备，其包括设计成对低精度但高动态范围的数值(“LPHDR运算”)执行运算操作(可能但不一定包括例如加法、乘法、减法和除法中的一个或多个)的处理元件。这样的处理器或其它设备可例如在单个芯片上实现。不管是否在单个芯片上实现，在本发明的某些实施例中的处理器或其它设备中的LPHDR运算元件的数量都明显超过处理器或其它设备中被设计成执行传统精度的高动态范围运算(例如32位或64位浮点运算)的运算元件的数量(例如，超过后者的数量的三倍加至少20个之和)。

在一些实施例中，“低精度”处理元件执行运算操作，其产生的结果常常与精确结果相差至少0.1％(1％的十分之一)。这是比广泛使用的IEEE 754单精度浮点标准差得多的精度。本发明的可编程实施例可使用即使对于这些异乎寻常地大的相对误差也能合适地起作用的算法来编程。在一些实施例中，处理元件具有“高动态范围”，其含意是，它们能够在跨越至少高达从百万分之一到一百万的范围上执行输入操作和/或产生输出。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的SIMD处理器的示例性总体设计。