動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器專(zhuān)利技術(shù)綜述

狄曉斐

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州　215000）

動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器專(zhuān)利技術(shù)綜述

狄曉斐

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州215000）

動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)是一種可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的改變計(jì)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(dòng)處理器的功能靈活性和數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)處理器的高能量效率，是未來(lái)新型計(jì)算的重要發(fā)展方向。本文通過(guò)分析動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)歷年專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)、發(fā)展脈絡(luò)、優(yōu)缺點(diǎn)等，從多個(gè)角度對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器的專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行了綜述。

動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器配置信息數(shù)據(jù)流

1　動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)概述

以指令流驅(qū)動(dòng)為特征的處理器具有很強(qiáng)的靈活性，但是整體性能和功耗不理想。相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)處理器執(zhí)行速度快，功耗低，但靈活性和擴(kuò)展性差。而可重構(gòu)計(jì)算是一種將兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起的計(jì)算方式，在多個(gè)芯片關(guān)鍵指標(biāo)之間具有更好的平衡。

可重構(gòu)計(jì)算是目前的研究熱點(diǎn)，但術(shù)語(yǔ)甚至概念卻不盡相同。本文以能夠在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)改變電路功能的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器為研究對(duì)象，對(duì)相關(guān)的專(zhuān)利技術(shù)申請(qǐng)進(jìn)行分析和研究。

2　動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)專(zhuān)利實(shí)證分析

本文將主要從申請(qǐng)時(shí)間、申請(qǐng)國(guó)別以及技術(shù)分支等方面對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)進(jìn)行專(zhuān)利信息實(shí)證分析。通過(guò)關(guān)鍵詞和分類(lèi)號(hào)以CNABS、SIPOABS和DWPI檢索平臺(tái)為入口，形成本文分析的中英文專(zhuān)利申請(qǐng)共100篇文獻(xiàn)。

2.1申請(qǐng)時(shí)間和數(shù)量

通過(guò)對(duì)上述專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行分析， 近幾十年來(lái)，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)領(lǐng)域的研究越來(lái)越活躍，年度申請(qǐng)量成增加趨勢(shì)。把研究目標(biāo)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(lái)越多，可以肯定未來(lái)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)的年度申請(qǐng)量還將保持快速、穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2.2專(zhuān)利產(chǎn)出國(guó)和數(shù)量

通過(guò)對(duì)上述專(zhuān)利申請(qǐng)的產(chǎn)出國(guó)進(jìn)行分析可知，美國(guó)占據(jù)了主要地位，其申請(qǐng)量占到了總申請(qǐng)量的33%，位居全球申請(qǐng)量的榜首。同時(shí)，日本和中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)量也很可觀(guān)，分別以占全球申請(qǐng)量29%和28%的比例排名第二和第三。

2.3主要技術(shù)分支和數(shù)量

針對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的研究，主要分為四個(gè)技術(shù)分支：（1）以粗粒度可重構(gòu)陣列為特征的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為DRP（dynamically reconfigurable processor）；（2）將動(dòng)態(tài)可重構(gòu)陣列與傳統(tǒng)處理器融合的技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)DRP+CPU；（3）針對(duì)某個(gè)特殊應(yīng)用領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)“特定應(yīng)用領(lǐng)域”；（4）以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列為特征的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)FPGA（field programmable gate array）。不同年份各技術(shù)分支的申請(qǐng)量如圖1所示。

從圖1可知，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)的研究主要集中在DRP和特定應(yīng)用領(lǐng)域的研究，并且根據(jù)申請(qǐng)量的發(fā)展趨勢(shì)，至少未來(lái)幾十年，研究者仍會(huì)把主要精力集中在這兩項(xiàng)技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新上。

3　動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器專(zhuān)利技術(shù)的主要分類(lèi)與分析

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

以粗粒度可重構(gòu)陣列為特征的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器作為一種新型的處理器架構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于整體的硬件架構(gòu)的優(yōu)化、配置信息的生成、表達(dá)、存儲(chǔ)以及應(yīng)用等。比如：公開(kāi)號(hào)為US6090174A，US2007/0074001A1等專(zhuān)利申請(qǐng)對(duì)以粗粒度可重構(gòu)陣列為特征的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器的硬件架構(gòu)進(jìn)行研究。公開(kāi)號(hào)為US6871341B1，CN101587467A等研究配置信息高效的作用到運(yùn)算單元陣列。

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

近年來(lái)，隨著高性能的專(zhuān)用硬件的不斷完善，把其嵌入到處理設(shè)備中以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率受到了研究者們的關(guān)注。申請(qǐng)?zhí)枮閁S2010/0174884A1，特開(kāi)20111-160424A等均對(duì)將動(dòng)態(tài)可重構(gòu)陣列與傳統(tǒng)處理器融合的技術(shù)進(jìn)行研究。

3.3針對(duì)某個(gè)特殊應(yīng)用領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)

對(duì)于諸如媒體處理（包括音頻、視頻、語(yǔ)音、圖形、圖像等）、通信基帶處理、加解密運(yùn)算等應(yīng)用領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)研究的主要特點(diǎn)是計(jì)算密集、數(shù)據(jù)間依賴(lài)關(guān)系較弱、運(yùn)算形式規(guī)則且具備較強(qiáng)并行性、控制流和數(shù)據(jù)流能夠有效分離等。公開(kāi)號(hào)為US4825359，US4748585均研究動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)在數(shù)學(xué)運(yùn)算方面的應(yīng)用；EP0417861A2，US2006/0271610A1均研究動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)在信號(hào)處理方面的應(yīng)用。

3.4以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列為特征的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列為動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)提供了必要的硬件實(shí)現(xiàn)手段，使得可重構(gòu)計(jì)算從概念走向產(chǎn)品，對(duì)以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列為特征的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)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(kāi)號(hào)為U S 5 6 0 0 8 4 5 A、WO2009/039566A1均對(duì)以現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列為特征的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究。

4　結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)涉及動(dòng)態(tài)可重構(gòu)處理器技術(shù)的國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利進(jìn)行集中收集、閱讀和梳理，在較短時(shí)間內(nèi)明晰了該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，掌握了國(guó)內(nèi)外主要申請(qǐng)人的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，為后續(xù)的審查實(shí)踐中處理實(shí)際案例提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

圖1　主要技術(shù)分支申請(qǐng)量與年份的對(duì)應(yīng)關(guān)系