雷元武　陈小文　彭元喜

(国防科学技术大学计算机学院　长沙　410073)



DSP芯片中的高能效FFT加速器

雷元武陈小文彭元喜

(国防科学技术大学计算机学院长沙410073)

(leiyuanwu@163.com)

摘要快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)是数字信号处理(digital signal processing, DSP)领域中最耗时的核心算法，该算法的计算性能和计算效率将影响整个应用的执行效率.因此，在DSP芯片上设计实现了一个基于矩阵转置操作的高能效可变长度FFT加速器，采用多种并行策略开发批量小规模FFT算法与大规模Cooley-Tukey FFT算法中指令级和任务级并行.设计“乒乓”多体数据存储器，重叠数据搬移和FFT计算之间的开销，提高FFT加速器计算效率.并基于此存储器，提出基于基本块的快速矩阵转置算法，从而避免对数据矩阵的列访问；提出混合旋转因子产生策略，结合查表和基于CORDIC算法在线计算方式，最大限度降低旋转因子产生的硬件开销.实验结果表明:FFT加速器原型的峰值能效为146 GFLOPsW，相比Intel Xeon CPU上的多线程FFTW实现，取得2个数量级的能效提升.

关键词快速傅里叶变换；加速器；高能效；矩阵转置；数字信号处理

随着半导体技术的发展，单芯片晶体管数量和性能持续以摩尔定律方式增加，当前单芯片已经能够集成几十亿个晶体管，计算能力达到TFLOPS量级.然而，由于晶体管的物理结构和特征没有发生本质变化，单个晶体管的能耗并未随工艺进步而大幅降低，使得功耗成为处理器性能提升的瓶颈.Hadi等人认为：由于能耗的限制，未来芯片上的功能单元不可能同时持续处于峰……