Implementation of Surface-Related Multiple Prediction Problem on Reconfigurable Computer Systems

Традиционная методика автоматизированного синтеза параллельно-конвейерных программ для реконфигурируемых вычислительных систем, основным вычислительным компонентом которых являются программируемые логические интегральные схемы, нацелена на достижение максимально возможной производительности вычислительной системы на доступном аппаратном ресурсе. Применение такого подхода при решении задач реального времени может приводить к неэффективному использованию аппаратного ресурса систем. Зачастую это приводит как к простою используемого оборудования, так и к повышенным требованиям к энергопотреблению, габаритам и стоимости конечного изделия. Предложена новая методика синтеза параллельно-конвейерных программ для решения вычислительно-трудоемких задач реального времени, позволяющая вести обработку данных с конкретной скоростью, зависящей от заданных временных рамок. С помощью разработанной методики выполняется синтез вычислительной структуры задачи, требующей минимум аппаратного ресурса для требуемой производительности системы. В качестве иллюстрации работы предлагаемой методики приведено решение задачи прогнозирования кратных волн в режиме реального времени. Были приведены оценки различных конфигураций реконфигурируемых вычислительных систем, основным вычислительным элементом которых являются программируемые логические интегральные схемы фирмы Xilinx семейства Kintex UltraScale.

Ключевые слова

реконфигурируемые вычислительные системы; программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС); поверхностное множественное предсказание; задачи реального времени.

Литература

1. Chu, P.P. RTL Hardware Design Using VHDL: Coding for Efficiency, Portability, and Scalability / P.P. Chu. - New York: John Wiley and Sons, 2006.
2. Nane, R. A Survey and Evaluation of FPGA High-Level Synthesis Tools / R. Nane, V.M. Sima, C. Pilato, J. Choi, B. Fort, A. Canis, Y.T. Chen, H. Hsiao, S. Brown // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. - 2016. - V. 35, № 10. - P. 1591-1604.
3. Mitrion-c. - URL: http://mitc-openbio.sourceforge.net/ (дата обращения: 20.12.2018).
4. OpenCL Overview Development. - URL: https://www.khronos.org/opencl/ (дата обращения: 20.12.2018).
5. Каляев, А.В. Модульно-наращиваемые многопроцессорные системы со структурно-процедурной организацией вычислений / А.В. Каляев, И.И. Левин. - М.: Янус-К, 2003.
6. Левин, И.И. Программирование реконфигурируемых вычислительных узлов на языке colamo: учебное пособие / И.И. Левин, А.И. Дордопуло, В.А. Гудков. - Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2016.
7. Каляев, И.А. Реконфигурируемые мультиконвейерные вычислительные структуры / И.А. Каляев, И.И. Левин, Е.А. Семерников, В.И. Шмойлов. - Ростов-на-Дону: ЮНЦ РАН, 2008.
8. Дордопуло, А.И. Методика сокращения аппаратных затрат в сложных системах при решении задач с существенно-переменной интенсивностью потоков данных / А.И. Дордопуло, Д.А. Сорокин // Известия ЮФУ. - 2012. - № 4. - C. 213-219.
9. Хмелевской, В.К. Геофизические Методы Исследования Земной Коры / В.К. Хмелевской. - Дубна: Международный Университет Природы, Общества и Человека, 1997.
10. Verschuur, D.J. Adaptive Surface-Related Multiple Elimination / D.J. Verschuur, A.J. Berkhout, C.P. Wapenaar // Geophysics. - 1992. - V. 9. - P. 1166-1177.
11. Berkhout, A.J. Estimation of Multiple Scattering by Iterative Inversion, Part I: Theoretical Considerations / A.J. Berkhout, D.J. Verschuur // Geophysics. - 1997. - V. 5. - P. 1586-1595.
12. Huang, X. Surface-Related Multiple Prediction and Suppression Based on Data-Consistence: a Theoretical Study and Test / X. Huang, C. Sun, B. Niu, H. Wang, M. Zeng // Chinese Journal of Geophysics. - 2005. - V. 1. - P. 188-196.
13. Денисов, М.С. Методы подавления кратных волн в сейсморазведке. Часть 1 / М.С. Денисов, Д.Б. Фиников // Технологии Сейсморазведки. - 2007. - № 1. - C. 5-16.
14. Курин, Е.А. Применение высокопроизводительных вычислительных систем в задаче подавления многократно отраженных волн-помех / Е.А. Курин, М.С. Денисов // Технологии Сейсморазведки. - 2011. - № 4. - C. 35-40.
15. Verschuur, E. A Perspective on 3D Surface-Related Multiple Elimination / E. Verschuur, B. Dragoset, I. Moore, R. Bisley // Geophysics. - 2010. - V. 5. - P. 245-261.
16. UltraScale Architecture and Product Data Sheet: Overview. - URL: https://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds890-ultrascale-overview.pdf (дата обращения: 05.12.2018).
17. Performance and Resource Utilization for Floating-point v 7.1. - URL: https://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/ru/floating-point.html (дата обращения: 06.05.2019).
18. Рабинер, Л. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Рабинер, Б. Голд. - M.: Мир, 1978.
19. Семерников, Е.А. Конвейерный Макропроцессор Цифровой Обработки Сигналов Со Структурно-Процедурной Организацией Вычислений / Е.А. Семерников, Ю.И. Доронченко // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2005. - № 8. - C. 49-55.