分形计算系统

　　《分形计算系统》由中国科学院计算技术研究所智能处理器研究中心特别研究助理赵永威撰写，内容荣获2021年度CCF优秀博士学位论文奖。全书针对并行编程难、异构编程难、大规模系统编程难、跨系统编程难等诸多编程难题，受到分形几何思想的启发，提出了分形计算的概念，以回应编程难题。《分形计算系统》的具体贡献可概括为三点：，提出了分形计算模型；第二，提出了分形冯·诺依曼体系结构；第三，提出了可重配分形指令集结构。《分形计算系统》共五章：第1章 绪论，主要介绍了研究背景、研究问题和研究内容。研究问题介绍了编程难题、问题来源和全书聚焦的问题。研究内容介绍了分形计算系统的主要原理、组成部分以及全书做出的主要贡献。第2章 分形计算模型，首先介绍了相关研究内容、模型、实例和性质，又从执行开销、模拟执行、性能比较等方面介绍了分形计算模型的优势。第3章 分形冯·诺依曼体系结构，首先介绍了机器学习计算机的案例背景，其次介绍了分形冯·诺依曼体系结构，然后介绍了分形机器学习计算机Cambricon-F、编程和执行方式，*后展示了实验方案和实验结果。第4章 分形可重配指令集机构，重点介绍了分形指令集结构的失效现象、分形可重配指令集结构、Cambricon-FR结构支持、专用编程语言，并且展示了实验方案和实验结果。第5章 讨论与总结，对全书的研究内容进行了讨论和总结，并对未来的研究工作进行了展望。

　　赵永威，中国科学院计算技术研究所智能处理器研究中心特别研究助理、博士后。于2015年在华中科技大学获得学士学位，于2020年在中国科学院大学获得博士学位，获2021年度CCF优秀博士学位论文奖。曾参与了“寒武纪”系列智能处理器的系统软件研发工作，目前从事体系结构领域基础研究，已发表学术论文10篇。

第1章 绪论
1.1 研究背景 1
1.2 研究问题 5
1.2.1 编程难题 5
1.2.2 问题来源 7
1.2.3 本书针对的问题 11
1.3 研究内容 11
1.3.1 主要原理 12
1.3.2 分形计算系统的组成 12
1.3.3 本书的主要贡献点 15
第2章 分形计算模型
2.1 相关工作 17
2.2 模型 21
2.3 实例 24
2.3.1 简单并行算法 25
2.3.2 分治算法 27
2.3.3 动态规划算法 29
2.3.4 示例程序的执行 32
2.4 性质 35
2.5 实例的执行开销 41
2.6 在分形计算机上模拟执行 46
2.7 与其他并行计算模型的比较 48
2.8 小结
第3章 分形冯·诺依曼体系结构
3.1 案例背景介绍：机器学习计算机 51
3.2 分形冯·诺依曼体系结构概况 53
3.3 机器学习应用负载的分形表示 57
3.3.1 共性计算原语 57
3.3.2 分形运算 59
3.4 分形机器学习计算机Cambricon-F 61
3.4.1 指令集结构 61
3.4.2 控制结构 62
3.4.3 流水线 67
3.4.4 内存管理 68
3.5 编程和执行方式 71
3.5.1 编程 71
3.5.2 执行 73
3.6 实验
3.6.1 实验方案
3.6.2 实验结果
3.7 小结
第4章 分形可重配指令集结构
4.1 分形指令集结构的失效现象 86
4.2 分形可重配指令集结构概况 90
4.3 Cambricon-FR 结构支持 93
4.4 专用编程语言 95
4.5 实验 100
4.5.1 实验方案 100
4.5.2 实验结果
4.6 小结 106
第5章 讨论与总结
5.1 讨论 107
5.2 未来研究工作展望 112
5.3 总结 114