비트 슬라이스

Bit slicing
이 문서는 프로세서 구축 기술에 대한 것입니다.컴퓨터 그래픽스 및 이미지 처리에 사용되는 비트 플레인 분리로서의 비트 슬라이스에 대해서는 비트 플레인을 참조하십시오.
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비트 슬라이스는 워드 길이를 늘리기 위해 비트 폭이 작은 프로세서 모듈로부터 프로세서를 구성하는 기술입니다.이론적으로는 임의의 n비트 중앙처리장치(CPU)를 만듭니다.이들 각 컴포넌트 모듈은 오퍼랜드의 1비트 필드 또는 "슬라이스"를 처리합니다.그룹화된 처리 컴포넌트는 특정 소프트웨어 설계의 선택된 전체 워드 길이를 처리하는 기능을 갖게 됩니다.

마이크로프로세서의 등장으로 비트 슬라이싱은 거의 소멸되었다.최근에는 양자컴퓨터의 산술로직유닛(ALU)이나 [1]x86 CPU의 암호화 등 소프트웨어 기술로 사용되고 있습니다.

운용상세

Bit-Slice Processor(BSP; 비트슬라이스 프로세서)에는 보통 1, 2, 4, 8 또는 16비트의 산술로직유닛(ALU)과 제어라인(비비트라이선스 CPU 설계에서는 프로세서에 내장되어 있는 반송 또는 오버플로우 신호를 포함한다)이 포함됩니다.

예를 들어 2개의 4비트 ALU 칩을 2개의 제어선을 사이에 두고 나란히 배치하여 8비트 ALU를 형성할 수 있습니다(예를 들어 3개의 1비트 유닛이 3비트 ALU를 [2]만들 수 있으며 3비트(또는 n비트) CPU는 제조된 적이 없습니다).4비트 ALU 칩을 4개 사용하여 16비트 ALU를 구축할 수 있습니다.32비트 단어 ALU를 만들려면 8개의 칩이 필요합니다.디자이너는 더 긴 단어 길이를 조작하는 데 필요한 만큼 슬라이스를 추가할 수 있습니다.

마이크로시퀀서 또는 컨트롤 ROM은 데이터를 제공하는 로직과 컴포넌트 ALU의 기능을 조절하는 제어신호를 실행하기 위해 사용됩니다.

기존의 비트슬라이스 마이크로프로세서:

역사적 필요성

비트 슬라이싱은 당시에는 그렇게 불리지 않았지만 대규모 집적회로(LSI, 오늘날의 VLSI 또는 매우 대규모 집적회로의 전신) 이전의 컴퓨터에서도 사용되었습니다.최초의 비트 조각 기계는 1956-1958년 케임브리지 대학 수학 연구소에서 만들어진 EDSAC 2였다.

1970년대 중반과 1980년대 후반 이전에는 컴퓨터 시스템이 작동하기 위해 어느 정도의 버스 폭을 필요로 하는지에 대한 논란이 있었다.실리콘 칩 기술과 부품은 오늘날보다 훨씬 비쌌다.ALU는 여러 가지 단순하고 저렴한 방법으로 컴퓨팅 능력을 비용 효율적으로 높이는 방법으로 간주되었습니다.당시 32비트 마이크로프로세서가 논의되고 있었지만 생산 중인 프로세서는 거의 없었습니다.

UNIVAC 1100 시리즈 메인프레임(1950년대에 출시된 가장 오래된 시리즈 중 하나)은 36비트 아키텍처를 가지고 있으며, 1979년에 출시된 1100/60은 9개의 Motorola MC10800 4비트[12] ALU 칩을 사용하여 현대적인 집적회로를 [16]사용하면서 필요한 워드 폭을 구현했습니다.

당시 16비트 프로세서는 일반적이지만 고가였으며 Z80과 같은 8비트 프로세서는 초기 가정용 컴퓨터 시장에서 널리 사용되었습니다.

컴포넌트를 조합하여 비트슬라이스 제품을 제작함으로써 엔지니어와 학생은 커스텀 구성 가능한 기성 컴포넌트를 사용하여 보다 강력하고 복잡한 컴퓨터를 보다 저렴한 비용으로 제작할 수 있었습니다.ALU의 상세 내용이 이미 지정(디버깅)되어 있으면, 새로운 컴퓨터 아키텍처를 작성하는 복잡성이 큰폭으로 경감되었습니다.

주요 장점은 비트 슬라이스를 통해 소형 프로세서에서 NMOS나 CMOS 트랜지스터보다 훨씬 빠르게 전환되는 바이폴라 트랜지스터를 경제적으로 사용할 수 있었다는 것입니다.이것에 의해, DSP 기능이나 매트릭스 변환등의 속도가 필요한 경우, 또는 Xerox Alto와 같이, 전용의 CPU가 이러한 기능을 제공하기 전에 유연성과 속도의 편성을 필요로 하는 경우, 클럭 레이트를 크게 높일 수 있었습니다.

현대적 사용

비비트 슬라이스 하드웨어에서의 소프트웨어 사용

최근 Matthew[17] Kwan은 범용 CPU를 사용하여 일반 논리 명령을 사용하여 여러 개의 병렬 가상 머신을 구현하여 SIMD(단일 명령 다중 데이터) 작업을 수행하는 기술을 지칭하기 위해 비트 슬라이싱이라는 용어를 재사용했습니다.이 기술은 레지스터(SWAR) 내에서 SIMD라고도 합니다.

이는 처음에 Eli Biham의 1997년 기사 A Fast New DES Implementation in [18]Software에 관한 것으로, 이 방법을 사용함으로써 DES의 퍼포먼스가 큰폭으로 향상되었습니다.

비트 슬라이스 양자 컴퓨터

회로 구조를 단순화하고 양자 컴퓨터의 하드웨어 비용을 절감하기 위해(MIPS32 명령 세트를 실행하도록 제안됨) 50GHz 초전도 "32비트 고속 싱글 플럭스 양자 마이크로프로세서를 위한 4비트 비트 슬라이스 산술 논리 유닛(ALU)"을 시연했습니다.[19]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Benadjila, Ryad; Guo, Jian; Lomné, Victor; Peyrin, Thomas (2014-03-21) [2013-07-15]. "Implementing Lightweight Block Ciphers on x86 Architectures". Cryptology Archive. Report 2013/445. Archived from the original on 2017-08-17. Retrieved 2019-12-28.
  2. ^ "How to Create a 1-bit ALU". www.cs.umd.edu. Archived from the original on 2017-05-08. […] Here's how you would put three 1-bit ALU to create a 3-bit ALU […]
  3. ^ "3002 - The CPU Shack Museum". cpushack.com. Retrieved 2017-11-05.
  4. ^ "Technology Leadership - Bipolar Microprocessor" (PDF). Signetics. S2.95. Retrieved 2021-10-11.
  5. ^ "IMP-4 - National Semiconductor". en.wikichop.org. Retrieved 2017-11-05.
  6. ^ a b c d e Klar, 라이너[1988-10-01](1989년)."5.2데어 Mikroprozessor,ein Universal-Rechenautomat".Digitale Rechenautomaten 다이의 폰 Computerhardware[디지털 컴퓨터 컴퓨터 하드웨어의 구조에 대한 소개 –]에 아이네 클라이네 Einführung –.Sammlung Göschen(독일어로).Vol2050년(4일 교육 reworked.).베를린 독일:월터 드 Gruyter&. 페이지의 주 198이야 아이 에스비엔 3-11011700-2.(320페이지)
  7. ^ "6701 - The CPU Shack Museum". cpushack.com. Retrieved 2017-11-05.
  8. ^ "5700/6700 - Monolithic Memories". en.wikichip.org. Retrieved 2017-11-05.
  9. ^ "File:MMI 5701-6701 MCU (August, 1974).pdf" (PDF). en.wikichip.org. Retrieved 2017-11-05.
  10. ^ "5701/6701 4-Bit Expandable Bipolar Microcontroller Aug74" (PDF). Retrieved 2021-05-24.
  11. ^ "SN74S481". The CPU Shack Museum. Retrieved 2017-11-05.
  12. ^ a b Mueller, Dieter (2012). "The MC10800". 6502.org. Archived from the original on 2018-07-18. Retrieved 2017-11-05.
  13. ^ Kurth, Rüdiger; Groß, Martin; Hunger, Henry, eds. (2021-09-27) [2006]. "Integrierte Schaltkreise" [Integrated Circuits]. robotrontechnik.de (in German). Archived from the original on 2021-12-03. Retrieved 2021-12-07.
  14. ^ Oppelt, Dirk (2016). "Eastern Bloc DEC PDP". cpu-collection.de. Nuremberg, Germany. Archived from the original on 2016-08-09. Retrieved 2021-12-07.
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  17. ^ "Bitslice DES". darkside.com.au. Retrieved 2017-11-05.
  18. ^ Biham, Eli (1997). "A Fast New DES Implementation in Software". cs.technion.ac.il. Retrieved 2017-11-05.
  19. ^ Tang, Guang-Ming; Takata, Kensuke; Tanaka, Masamitsu; Fujimaki, Akira; Takagi, Kazuyoshi; Takagi, Naofumi (January 2016) [2015-12-09]. "4-bit Bit-Slice Arithmetic Logic Unit for 32-bit RSFQ Microprocessors". IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 26 (1): 2507125. Bibcode:2016ITAS...2607125T. doi:10.1109/TASC.2015.2507125. S2CID 25478156. 1300106. […] 4-bit bit-slice arithmetic logic unit (ALU) for 32-bit rapid single-flux-quantum microprocessors was demonstrated. The proposed ALU covers all of the ALU operations for the MIPS32 instruction set. […] It consists of 3481 Josephson junctions with an area of 3.09 × 1.66 mm2. It achieved the target frequency of 50 GHz and a latency of 524 ps for a 32-bit operation, at the designed DC bias voltage of 2.5 mV […] Another 8-bit parallel ALU has been designed and fabricated with target processing frequency of 30 GHz […] To achieve comparable performance to CMOS parallel microprocessors operating at 2–3 GHz, 4-bit bit-slice processing should be performed with a clock frequency of several tens of gigahertz. Several bit-serial arithmetic circuits have been successfully demonstrated with high-speed clocks of above 50 GHz […]

외부 링크