分形計算系統

本書由中國科學院計算技術研究所智慧處理器研究中心特別研究助理趙永威撰寫，內容榮獲2021年度CCF優秀博士學位論文獎。全書針對並行程式設計難、異構程式設計難、大規模系統程式設計難、跨系統程式設計難等諸多程式設計難題，受到分形幾何思想的啟發，提出了分形計算的概念，以回應程式設計難題。
 
《分形計算系統》的具體貢獻可概括為三點：第一，提出了分形計算模型；第二，提出了分形馮·諾依曼體系結構；第三，提出了可重配分形指令集結構。

趙永威，中國科學院計算技術研究所智慧處理器研究中心特別研究助理、博士後。于2015年在華中科技大學獲得學士學位，于2020年在中國科學院大學獲得博士學位，獲2021年度CCF優秀博士學位論文獎。曾參與了“寒武紀”系列智慧處理器的系統軟體研發工作，目前從事體系結構領域基礎研究，已發表學術論文10篇。

第1章 緒論
1.1 研究背景 1
1.2 研究問題 5
1.2.1 程式設計難題 5
1.2.2 問題來源 7
1.2.3 本書針對的問題 11
1.3 研究內容 11
1.3.1 主要原理 12
1.3.2 分形計算系統的組成 12
1.3.3 本書的主要貢獻點 15

第2章 分形計算模型
2.1 相關工作 17
2.2 模型 21
2.3 實例 24
2.3.1 簡單平行算法 25
2.3.2 分治演算法 27
2.3.3 動態規劃演算法 29
2.3.4 示例程式的執行 32
2.4 性質 35
2.5 實例的執行開銷 41
2.6 在分形電腦上類比執行 46
2.7 與其他平行計算模型的比較 48
2.8 小結

第3章 分形馮·諾依曼體系結構
3.1 案例背景介紹：機器學習電腦 51
3.2 分形馮·諾依曼體系結構概況 53
3.3 機器學習應用負載的分形表示 57
3.3.1 共性計算原語 57
3.3.2 分形運算 59
3.4 分形機器學習電腦Cambricon-F 61
3.4.1 指令集結構 61
3.4.2 控制結構 62
3.4.3 流水線 67
3.4.4 記憶體管理 68
3.5 程式設計和執行方式 71
3.5.1 程式設計 71
3.5.2 執行 73
3.6 實驗
3.6.1 實驗方案
3.6.2 實驗結果
3.7 小結

第4章 分形可重配指令集結構
4.1 分形指令集結構的失效現象 86
4.2 分形可重配指令集結構概況 90
4.3 Cambricon-FR 結構支援 93
4.4 專用程式設計語言 95
4.5 實驗 100
4.5.1 實驗方案 100
4.5.2 實驗結果
4.6 小結 106

第5章 討論與總結
5.1 討論 107
5.2 未來研究工作展望 112
5.3 總結 114