Модулярно-логарифмический сопроцессор для массовых арифметических вычислений

Abstract

Предлагаемый сопроцессор представляет собой самостоятельный сложнофункциональный (intellectual property — IP) блок системы-на-кристалле, позволяющий проводить математические вычисления над вещественными числами в уникальной модулярно-логарифмической системе счисления. Обеспечены два уровня преобразования исходных чисел: в модулярную систему счисления вместо традиционной позиционной и в логарифмическую систему счисления вместо плавающей точки. Благодаря этому сопроцессор обладает более высоким быстродействием, точностью и надежностью вычислений по сравнению с известными аналогами. Он состоит из набора одинаковых вычислительных ядер, каждое из которых выполняет однотактовые скалярные или векторные операции. В результате проведенных исследований и разработок предложены новые научные и технические решения, реализующие предложенные способы вычислений и кодирования данных. При этом преобразование кодов в модулярно-логарифмическую систему счисления и обратно не вносит значительных временных задержек при большом потоке входных данных за счет предложенных аппаратных решений, конвейеризирующих процесс интерполяции функции логарифма и преобразования кодов системы остаточных классов. Реализован прототип устройства на базе программируемой логической интегральной схемы в виде IP-блока. Целевой рынок решения — компании разработчики универсальных процессоров. The paper presents a conceptual design of an IP module of mathematical coprocessor. It consists of a set of processing cores of the same kind which perform single-cycle scalar, or vector operations with real numbers. The processed data is represented in the modular logarithmic format that provides two levels of translating the original numbers, namely: the modular level instead of the conventional positional system and the logarithmic level instead of the floating point format. As a result of the research and development, new scientific and technical solutions are proposed that implement the proposed methods of computing and coding data. Owing to this feature a coprocessor has a higher performance, a higher accuracy and a higher level of reliability, as compared to the known analogs. Convert codes in modular-logarithmic number system and vice versa does not introduce significant time delays in a large stream of input data by offering hardware solutions pipelined process of interpolation of the logarithm function and conversion of residual classes system codes. A prototype coprocessor is an FPGAbased IP module. Companies developing general-purpose processors are the target market for this design.