美國國防先進技術研究計劃署(Darpa)啟動的“多形態計算架構(PCA)”項目,是軍方自主式武器裝備計劃的一部分。據Darpa的信息處理技術辦公室(IPTO)介紹,該項目的目標是開發“可重構和可適應任務需求的處理架構”。這些應用就包括“敏捷”傳感器和智能航空電子設備。

據項目參與者介紹,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。

為了實現移動性,研究人員將軍用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,并延長傳感器執行任務的時間。因此,Darpa架構項目的成果將最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,并發回大量傳感器數據。

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”的,它依賴基于固定架構的、已將現有軟件性能發揮到極至的硬件驅動型“點方案("point solutions)”。一份Darpa項目這樣描述道:“靜態方式缺乏滿足動態任務要求的多樣性,其所導致的性能下降或差強人意的匹配處理性能結果將損害我們的戰斗力。”

為解決此問題,Darpa六個技術分支之一的IPTO,從2000年開始向行業征求對三階段PCA項目框架下的可重構架構的建議。Darpa已資助了若干開發項目,其中包括由Raytheon公司和德州大學團隊承擔的可重構處理器設計。

Raytheon團隊開發了一種稱為“Monarch(即:形變網絡化微架構)”的PCA架構。該系統的關鍵是一種“可重構的計算結構”,Raytheon的航天航空系統部門負責Monarch技術的首席調研人Michael Vahey表示。

今年上半年,德州大學的一個團隊發布了其稱為Trips(即可靠的每秒萬億次運算速度的智能自適應處理系統)的多形態微處理器架構。該大學的研究人員表示,他們的方法以一種稱為“顯性數據圖表執行(EDGE)”的專有架構為基礎,并稱此架構可極大改進單線程MPU的性能。

Trips原型處理器包含兩個處理內核。德州大學稱,該原型是利用納米級技術實現靈活處理器系列的首款產品。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“全球鷹”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提供了硅知識產權。南加州大學的工程師為該架構的關鍵部分也做出了貢獻。

IBM微電子公司利用低k電介質、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,這是“Morphware”項目的一部分。Vahey介紹,Monarch的“可重構計算結構”能在處理單元間傳遞數據,而無需先把數據路由到存儲器上。這種方法能更高效地路由數據、并允許用戶根據具體任務來“調整”架構。

“這一切都由軟件完成。”Vahey解釋說。

或者,就像Darpa計劃官員所強調的:“軟件第一,硬件最后。”該口號指為能更好地利用任務及其它軟件,而開發一種能承擔各種形式的多形態處理器架構。

Raytheon的Monarch SoC架構。    

與該可重構計算結構一起,Monarch架構采用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的系統有望同時具有高性能和低功耗的優勢。

雖然,我們目前還無法獲知PCA項目的最新動態或何時開始部署這一可重構處理器技術。但是,Raytheon的Vahey透露,到2015年,該技術就可在戰場上一顯身手。

作者:李伯喬