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新型可重构结构能适应未来芯片集成度的提高 |
| 发布时间:2002年3月21日 点击次数:484 |
| 来源:今日电子 作者: |
 Cell Matrix公司（位于犹他州的盐城湖市）的初步研究成果表明,通过对数据加密标准（DES）破译算法的关键模拟仿真,初步证实了这种结构所具有的优越性。传统的FPGA结构,所消耗在连接线方面的芯片面积,与用在逻辑线路/存储器方面的面积的比例,往往随着制造加工技术水平的提高,随着图形尺寸的缩小,需要不断进行调整。 这样,芯片制造商经过几年以后就不得不重新构造他们的硬件结构。这种新型的Cell Matrix结构,将从根本上改变这种局面,彻底排除了安排长距离连接线的必要性。 和FPGA类似,Cell Matrix也是一个由许多相同单元组成的阵列。但是它们之间的共同处也就仅仅限于这一点。Cell Matrix阵列可能是二维的,也可能是三维的。但是,不论是二维或者是三维,它的每一个单元都仅仅只和该单元临近的四个或六个单元发生通信联系。这样一来,由这种结构单元所组成的阵列,在构成上是不会受到规模大小的限制的。  在这个意义上,单元的行为很像一个单元式的自动机（cellular automata）。在每一个单元内,存储器的容量不超过100字节;并且都有一定数量的逻辑线路门数,足够进行自己编程或者进行组合之用。每一个二维的单元,都有四个单行的连接线组,以便和各临近的单元连接。 该单元有两种运行模式,即状态修改模式和组合模式。在状态修改模式,由输入的信号控制输入线路,并对输入数据进行翻译,以便根据输入数据内容修改单元内部的状态。在组合模式下,该单元依据四个输入信号产生一个八位函数。 利用这些单元组成的模块,可以设计各种专门的处理器。用这些相同的专门处理器又可以组成各种形式的阵列。每一个这样的阵列又可以作为系统的一个组成部分,用来解决复杂的课题,例如破译56位DES。 对于DES的破译,每一个处理器都必须具有足够的能力来处理一个试验性的密钥。全部处理器将同时用来处理一项密文(cipher-text)和与其相对应的明文(plain-text)。同一个处理器还必须有能力,能够处理临近处理器的配置问题,和向临近处理器传递数据的功能。 配置可以从位于阵列一个角上的那个处理器开始,然后一代一代地沿着阵列的对角线,像波浪似的传播扩展（如图1所示）。配置扩展经历的一代一代的代数,仅仅是处理器数目的平方根值。 一旦,一个处理器完成了向左面的,向下面的临近处理器传送重构信息以后,它就开始执行算法规定的任务。它还向下和向左传送输入数据,并且作为执行算法任务的一部分,向上面的,和向右面的邻居传送结果。 上面说的仅仅是一个例子。由于重构信息流与数据流的传送都限定在局部区域,这样形成的传送波浪可以向任何一个方向前进。此外,在任何时候都有一些处理器在进行重构,而同时也有一些处理器在进行计算。动态的配置是这种结构的重要特征。 目前的硅器件制造工艺,可以在一块芯片上安置大约100000个单元。现在该公司制成的供测验用的芯片还比较小,但是一旦制造技术进步,在一块芯片上能够制造更大规模的阵列时,单元数目就可以猛增。 为什么选择DES破译作为试验线路？那是因为DES破译任务,不仅适合于采用许多个互相独立而又相同的处理器来完成所要求实现的运算;而且,它的一个局部线路所起的作用和全局线路完全相似。一个实际的56位DES破译线路,如果让一个处理器仅仅处理一项测试密文的话,就需要1017个处理器。 如果从阵列的一角开始重构,需要经过 417000代,才能够完成全部阵列的配置。如果配置一个处理器需要10 ms,完成整个阵列则需要5 s的时间。 实际试验选用的是一个4位DES算法。线路当然可以按照实际规模来实现,但是那样花费太大了。 每一个处理器在试验中所起的作用如图2所示。MyID模块向 genKEY模块传送与位置有关的坐标。genKEY模块随即产生与该处理器相对应的一个密钥标本实例。 Match？模块则根据密钥对此标本实例进行加密,并且将当前的实例与相应的密文样本进行比较。如果匹配不成功,Match KEY对于此处理器的输出为0。如果当并且仅仅当,截止至目前为止所有的匹配作用都是成功的时,一个局部的寄存器被置位为1。 Match KEY的输出,被传送给此处理器的上面的和右面的邻居。由于一个4位处理器,每次仅仅能处理密文中的4位,因此它必须经历足够长的周期,进行许多次运行才能排除所有其它的组合,得到唯一的密钥,处理完毕全部任务。 对于4位的模拟仿真进行的很好,结果可以从该公司的网站上看到。适合这一类阵列应用的计算任务还有：求出下述形式的函数的全部的根：f(x) = n。它本身的范围就很广泛。如果希望从Cell Matrix公司了解更多的信息,请访问网址：http://www.cellmatrix.com ----Rodney Myrvaagnes/王正华 译 |
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