面向软件定义芯片通用的算子恢复技术

　　面对软件和硬件在细节抽象上存在的巨大差异，为探索一条提高软件定义芯片易用性和计算效率的有效途径，本书提出一套通用的算子恢复技术，为高级语言程序和芯片硬件架起一座高效沟通的桥梁。本书系统地介绍了软件定义芯片的概念、国内外研究与产业现状、基本原理、需要研究的关键问题和研究平台，深入阐述了编译领域的多种指令选择技术，又基于指令选择技术、图匹配技术、最优化原理方法和软件逆向思维提出面向软件定义芯片通用的算子恢复技术，将细粒度的通用操作集合恢复成粗粒度的芯片算子操作，为增强软件定义芯片的易用性和计算效率提供一套可行方案，并提供了相关的工程实现核心代码。

　　吴伟峰 博士，清华大学移动计算研究中心工程师。研究领域包括：编译器、编程语言研发、多语言程序自动转换、二进制翻译、反编译、高性能计算和数据库加密应用等。目前主要致力于软件定义芯片配套编译系统的研究及开发工作。

第1章 软件定义芯片 1
1.1 概述 1
1.1.1 计算架构发展历程 1
1.1.2 软件定义芯片简介 3
1.2 重点研究方向 6
1.2.1 硬件架构与高效性 7
1.2.2 编程模型与灵活性 8
1.2.3 编译框架与易用性9
参考文献.11
第2章 基于LLVM的研发平台14
2.1 LLVM介绍14
2.1.1 经典编译器设计概览 16
2.1.2 现有实践17
2.1.3 LLVM中间码18
2.1.4 LLVM三段式设计 19
2.1.5 模块化设计附带闪点 23
2.2 研发平台介绍24
2.2.1 CMake构建选项24
2.2.2 循环体 DFG图生成 25
2.3 限制27
参考文献 27
第3章 指令选择技术 28
3.1 概述29
3.1.1 指令选择介绍 29
3.1.2 机器指令特征 32
3.1.3 最优指令选择 34
3.1.4 指令选择的早期发展 35
3.1.5 相关知识及定义 36
3.1.6 指令选择的基础分类 40
3.1.7 指令选择的归质任务划分49
3.2 技术介绍 49
3.2.1 初级技术 49
3.2.2 模式匹配 52
3.2.3 模式选择 68
3.3 展望83
3.3.1 待研究主题83
3.3.2 挑战84
参考文献 85
第4章 通用算子恢复技术97
4.1 提高软件定义芯片易用性的相关技术 97
4.2 算子恢复技术的引入98
4.3 软件定义芯片通用算子恢复系统 99
4.3.1 软件定义芯片抽象算子100
4.3.2 通用算子恢复系统的输入 106
4.3.3 算子基本模板图匹配 117
4.3.4 算子聚合126
4.3.5 算子选择127
4.3.6 算子生成131
4.3.7 复杂度分析 132
4.3.8 总结 135
参考文献135
第5章 通用算子恢复系统实现136
5.1 DFG 图数据结构 136
5.1.1 结点操作码定义136
5.1.2 结点数据结构138
5.1.3 边数据结构 139
5.1.4 图数据结构 140
5.2 算子基本模板库工程示例 140
5.2.1 DOT语言 141
5.2.2 算子基本模板工程示例142
5.3 图匹配优先级序列工程示例 147
5.4 算子聚合模板库工程示例 148
5.4.1 AU算子聚合模板151
5.4.2 二级 LU算子聚合模板155
5.4.3 三级 LU算子聚合模板159
5.4.4 SU模式一算子聚合模板179
5.4.5 SU模式二算子聚合模板180
5.4.6 SU模式三算子聚合模板183
5.5 算子基本模板库图匹配工程示例 190
5.5.1 算子基本模板匹配总控函数 190
5.5.2 算子基本模板匹配函数191
5.5.3 结点匹配函数193
5.5.4 结点向上匹配函数 198
5.5.5 基本算子恢复函数 199
5.6 算子聚合工程示例 203
5.6.1 LU算子抽象转换函数 204
5.6.2 算子聚合模板匹配总控函数 205
5.6.3 算子聚合模板匹配函数207
5.6.4 LU抽象算子还原函数 215
5.7 算子选择工程示例 216
5.8 算子生成工程示例224
参考文献238
第6章 结语与展望 239
6.1 结语 239
6.2 展望239
6.2.1 软件定义芯片的虚拟化240
6.2.2 利用机器学习进行在线训练 241
参考文献243
索引245