動態(tài)可重構(gòu)處理器專利技術綜述

狄曉斐

（國家知識產(chǎn)權局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州　215000）

動態(tài)可重構(gòu)處理器專利技術綜述

狄曉斐

（國家知識產(chǎn)權局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州215000）

動態(tài)可重構(gòu)處理器技術是一種可以在運行時動態(tài)的改變計算單元陣列功能的新型處理器架構(gòu)，其結(jié)合了指令流驅(qū)動處理器的功能靈活性和數(shù)據(jù)流驅(qū)動處理器的高能量效率，是未來新型計算的重要發(fā)展方向。本文通過分析動態(tài)可重構(gòu)處理器技術歷年專利申請趨勢、發(fā)展脈絡、優(yōu)缺點等，從多個角度對動態(tài)可重構(gòu)處理器的專利技術進行了綜述。

動態(tài)可重構(gòu)處理器配置信息數(shù)據(jù)流

1　動態(tài)可重構(gòu)處理器技術概述

以指令流驅(qū)動為特征的處理器具有很強的靈活性，但是整體性能和功耗不理想。相對應的數(shù)據(jù)流驅(qū)動處理器執(zhí)行速度快，功耗低，但靈活性和擴展性差。而可重構(gòu)計算是一種將兩者的優(yōu)勢結(jié)合在一起的計算方式，在多個芯片關鍵指標之間具有更好的平衡。

可重構(gòu)計算是目前的研究熱點，但術語甚至概念卻不盡相同。本文以能夠在運行時動態(tài)改變電路功能的動態(tài)可重構(gòu)處理器為研究對象，對相關的專利技術申請進行分析和研究。

2　動態(tài)可重構(gòu)處理器技術專利實證分析

本文將主要從申請時間、申請國別以及技術分支等方面對動態(tài)可重構(gòu)處理器技術進行專利信息實證分析。通過關鍵詞和分類號以CNABS、SIPOABS和DWPI檢索平臺為入口，形成本文分析的中英文專利申請共100篇文獻。

2.1申請時間和數(shù)量

通過對上述專利申請進行分析， 近幾十年來，動態(tài)可重構(gòu)處理器技術領域的研究越來越活躍，年度申請量成增加趨勢。把研究目標轉(zhuǎn)向這種新型的處理器架構(gòu)的高校、科研單位和企業(yè)將越來越多，可以肯定未來動態(tài)可重構(gòu)處理器技術的年度申請量還將保持快速、穩(wěn)定的增長趨勢。

2.2專利產(chǎn)出國和數(shù)量

通過對上述專利申請的產(chǎn)出國進行分析可知，美國占據(jù)了主要地位，其申請量占到了總申請量的33%，位居全球申請量的榜首。同時，日本和中國的專利申請量也很可觀，分別以占全球申請量29%和28%的比例排名第二和第三。

2.3主要技術分支和數(shù)量

針對動態(tài)可重構(gòu)處理器技術專利申請的研究，主要分為四個技術分支：（1）以粗粒度可重構(gòu)陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)處理器技術，簡稱為DRP（dynamically reconfigurable processor）；（2）將動態(tài)可重構(gòu)陣列與傳統(tǒng)處理器融合的技術，簡稱DRP+CPU；（3）針對某個特殊應用領域的動態(tài)可重構(gòu)處理器技術，簡稱“特定應用領域”；（4）以現(xiàn)場可編程門陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)技術，簡稱FPGA（field programmable gate array）。不同年份各技術分支的申請量如圖1所示。

從圖1可知，動態(tài)可重構(gòu)處理器技術的研究主要集中在DRP和特定應用領域的研究，并且根據(jù)申請量的發(fā)展趨勢，至少未來幾十年，研究者仍會把主要精力集中在這兩項技術的改進和創(chuàng)新上。

3　動態(tài)可重構(gòu)處理器專利技術的主要分類與分析

3.1以粗粒度可重構(gòu)陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)處理器技術

以粗粒度可重構(gòu)陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)處理器作為一種新型的處理器架構(gòu)，其實現(xiàn)難點在于整體的硬件架構(gòu)的優(yōu)化、配置信息的生成、表達、存儲以及應用等。比如：公開號為US6090174A，US2007/0074001A1等專利申請對以粗粒度可重構(gòu)陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)處理器的硬件架構(gòu)進行研究。公開號為US6871341B1，CN101587467A等研究配置信息高效的作用到運算單元陣列。

3.2將動態(tài)可重構(gòu)陣列與傳統(tǒng)處理器融合的技術

近年來，隨著高性能的專用硬件的不斷完善，把其嵌入到處理設備中以提高整個系統(tǒng)的效率受到了研究者們的關注。申請?zhí)枮閁S2010/0174884A1，特開20111-160424A等均對將動態(tài)可重構(gòu)陣列與傳統(tǒng)處理器融合的技術進行研究。

3.3針對某個特殊應用領域的動態(tài)可重構(gòu)處理器技術

對于諸如媒體處理（包括音頻、視頻、語音、圖形、圖像等）、通信基帶處理、加解密運算等應用領域的動態(tài)可重構(gòu)處理器技術研究的主要特點是計算密集、數(shù)據(jù)間依賴關系較弱、運算形式規(guī)則且具備較強并行性、控制流和數(shù)據(jù)流能夠有效分離等。公開號為US4825359，US4748585均研究動態(tài)可重構(gòu)處理器技術在數(shù)學運算方面的應用；EP0417861A2，US2006/0271610A1均研究動態(tài)可重構(gòu)處理器技術在信號處理方面的應用。

3.4以現(xiàn)場可編程門陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)技術

現(xiàn)場可編程門陣列為動態(tài)可重構(gòu)處理器技術提供了必要的硬件實現(xiàn)手段，使得可重構(gòu)計算從概念走向產(chǎn)品，對以現(xiàn)場可編程門陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)技術的研究主要集中在提高配置效率、提高其靈活性以及安全等方面。比如公開號為U S 5 6 0 0 8 4 5 A、WO2009/039566A1均對以現(xiàn)場可編程門陣列為特征的動態(tài)可重構(gòu)技術進行研究。

4　結(jié)語

本文對涉及動態(tài)可重構(gòu)處理器技術的國內(nèi)外專利進行集中收集、閱讀和梳理，在較短時間內(nèi)明晰了該領域?qū)＠夹g的發(fā)展脈絡，掌握了國內(nèi)外主要申請人的技術發(fā)展狀況，為后續(xù)的審查實踐中處理實際案例提供了指導和依據(jù)。

圖1　主要技術分支申請量與年份的對應關系