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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
在消費電子和無線行業(yè)，移動設備是當之無愧的*。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)進行篩選及傳輸。
美國國防*技術(shù)研究計劃署(Darpa)啟動的“多形態(tài)計算架構(gòu)(PCA)”項目，是軍方自主式武器裝備計劃的一部分。據(jù)Darpa的信息處理技術(shù)辦公室(IPTO)介紹，該項目的目標是開發(fā)“可重構(gòu)和可適應任務需求的處理架構(gòu)”。這些應用就包括“敏捷”傳感器和智能航空電子設備。
據(jù)項目參與者介紹，PCA的一個關鍵部分是一款單芯片信號處理器，將作為可適應傳感器有效載荷的“大腦”使用。軍方計劃人員所設想的一種早期應用是一款板上處理器，該處理器能被集成進微型無人駕駛飛機所攜帶的傳感器載荷中。
為了實現(xiàn)移動性，研究人員將 處理器的大小從以往的多達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)置的可重復編程能力。這樣一來，軍方計劃人員就能縮減傳感器平臺的大小，并延長傳感器執(zhí)行任務的時間。因此，Darpa架構(gòu)項目的成果將zui終用于微型無人駕駛飛機中，這些小飛機可自我引導深入敵后，并發(fā)回大量傳感器數(shù)據(jù)。
Darpa項目官員把美國國防部目前所使用的嵌入式計算項目描述為“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)動型“點方案("point solutions)”。一份Darpa項目這樣描述道：“靜態(tài)方式缺乏滿足動態(tài)任務要求的多樣性，其所導致的性能下降或差強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)項目，其中包括由Raytheon公司和德州大學團隊承擔的可重構(gòu)處理器設計。
Raytheon團隊開發(fā)了一種稱為“Monarch(即：形變網(wǎng)絡化微架構(gòu))”的PCA架構(gòu)。該系統(tǒng)的關鍵是一種“可重構(gòu)的計算結(jié)構(gòu)”，Raytheon的航天航空系統(tǒng)部門負責Monarch技術(shù)的調(diào)研人Michael Vahey表示。
今年上半年，德州大學的一個團隊發(fā)布了其稱為Trips(即可靠的每秒萬億次運算速度的智能自適應處理系統(tǒng))的多形態(tài)微處理器架構(gòu)。該大學的研究人員表示，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，并稱此架構(gòu)可極大改進單線程MPU的性能。
Trips原型處理器包含兩個處理內(nèi)核。德州大學稱，該原型是利用納米級技術(shù)實現(xiàn)靈活處理器系列的產(chǎn)品。截至目前，為支持德州大學的該項研究，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)。南加州大學的工程師為該架構(gòu)的關鍵部分也做出了貢獻。
IBM微電子公司利用低k電介質(zhì)、采用90nm工藝制造出一個能工作的Monarch信號處理器。Raytheon的Vahey表示，他們已經(jīng)計劃采用45nm工藝重新流片，以期減小未來的設計尺寸。“它不僅僅是一種原型，而且是一個可工作的模型。”Vahey表示。
Raytheon團隊的另一位成員Georgia Tech承擔軟件開發(fā)，這是“Morphware”項目的一部分。Vahey介紹，Monarch的“可重構(gòu)計算結(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計劃官員所強調(diào)的：“軟件*，硬件zui后。”該口號指為能更好地利用任務及其它軟件，而開發(fā)一種能承擔各種形式的多形態(tài)處理器架構(gòu)。
Raytheon的Monarch SoC架構(gòu)
與該可重構(gòu)計算結(jié)構(gòu)一起，Monarch架構(gòu)采用6個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駕駛飛船等軍事應用來說很關鍵。
Darpa計劃官員特別指出，基于PCA的系統(tǒng)有望同時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項目的動態(tài)或何時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)