Открытое промежуточное представление специализированных потоковых вычислителей, основанное на MLIR

В последнее время для решения вычислительных задач с жесткими ограничениями на производительность (пропускную способность) и энергопотребление (потребляемую мощность) широко используются гетерогенные компьютерные системы. Как правило, такие системы состоят из микропроцессоров общего назначения и аппаратных ускорителей на базе ПЛИС, реализующих наиболее затратные операции (обычно отражающих специфику предметной области). Данная статья посвящена автоматизации проектирования аппаратных ускорителей, ориентированных на задачи потоковой обработки данных (streaming data computing). Особенностями ускорителей этого типа (и решаемых ими задач) являются: (1) непрерывные (на каждом такте работы) прием и выдача данных; (2) ограниченная (по времени и памяти) зависимость выходных данных от входных. Потоковая обработка охватывает широкий класс приложений, включая цифровую обработку сигналов, шифрование трафика, численное моделирование, биоинформатику и другие. В работе предлагается концепция языка DFCIR (DataFlow Computer Intermediate Representation), предназначенного для промежуточного представления моделей потоковых вычислителей. Язык DFCIR основан на открытой компиляторной инфраструктуре MLIR (Multi-Level Intermediate Representation). Для построения RTL-моделей ускорителей по DFCIR-описаниям используются средства CIRCT (Circuit IR Compilers and Tools) – подпроекта MLIR, объединяющего инструменты для работы с моделями аппаратуры.