系統的Modeling and Design

下週一哈佛大學的Prof. David Brooks會來系上給演講。講題是
Modeling and Design for Composable, Accelerator-Centric Architectures，翻成中文，大概的就是「可重組的加速器為主的計算機架構之模型與設計方法」。

我們實驗室這幾年做了不少相關的題目。所謂的Modeling and Design，重視的就是法則和工具，我們做了一堆幫助系統軟硬體整合設計的模擬器的技術和工具，跟IBM Research合作；成大蘇文鈺​教授也做了一堆ESL工具，只可惜國內業界還沒跟上來，看不到把應用加速器快速做出來的重要性，搞得蘇教授心灰意冷，寧可多花點時間去教小孩寫程式、研究咖啡和音響。

不過，希望遠來和尚念的經，可以讓國內的產學界長官們了解這個領域的重要性，多多支持相關的研究。所謂的支持，不是只送來幾片開發版就算了，很多人的腦袋還停在十幾年前的「微控制器+硬體加速」的系統晶片的思維，用來做做多媒體播放器、數位相機可以，但面對日益複雜、進展快速、必須上網與世界溝通的「物聯網」和「雲端智慧裝置」，你們還用硬體思維做產品的話，是很難有所突破的。

複雜的應用，軟體會先被設計出來，然後不斷演進。如何在這樣的狀況下，利用加速器去改進軟體，達成快速或省電，是一門學問。現在學校礙於教學時數，只能教些簡單的例子，或是反覆研究一些人家做到爛的加速器（例如H.264解碼器），都是老掉牙的東西。

真正有趣和厲害的，是針對那些從未被加速過的複雜應用，把可攜式(portable)的加速機制設計出來，無論是用GPU、FPGA、HSA都好。例如，給我們一個癌症的放射線治療規劃與劑量模擬程式，能否設計出提高其速度與精確度的加速機制？這需要醫師、核工、資工專家一起來做，不是隨便做做就好的。

做設計方法和工具的，一旦短視近利，很快就玩完了。我們自己做了幾年研究，IBM Research才來找我們做癌症的放射線治療規劃，再過了幾年，鴻海把捐給台大的癌症醫院蓋起來了，才開始跟我們談同樣的題目，希望我們來幫忙開發技術。

類似的需求太多了，沒有好的設計方法和工具，等於是土法煉鋼，不易設計出有競爭力的加速器。全系統的設計方法和工具，是一門新興的產業，猶如當年EDA工具之於傳統晶片設計一般，非常重要。而這樣的研究和產業，是台灣很適合去發展的。

以下是「遠來和尚」 Prof. David Brook將要念的經文摘要，看懂的人當知我所言不假。

Traditional performance and energy scaling benefits based on technology improvements have slowed greatly. To overcome these challenges, hardware acceleration in the form of datapath and control circuitry customized to particular algorithms or applications has surfaced as a promising approach, as it delivers orders of magnitude performance and energy benefits compared to general-purpose solutions. The importance of accelerators is most evident in domain-specific computing platforms currently embodied by today’s energy-efficient mobile SoCs and network processors. To broaden the scope of accelerators into the domain of general-purpose computing it will be necessary to preserve flexibility and generality. Chip designers need to develop composable architectures consisting of ensembles of accelerators that can be pieced together to execute a large variety of workloads. These accelerator-centric architectures require quite different tools and design methodologies from general-purpose designs. This talk discusses recent efforts to develop new methodologies for workload characterization, rapid accelerator design, and pre-RTL simulation of accelerator-centric systems.