软件定义芯片（上册）

《软件定义芯片》共分上、下两册，《软件定义芯片.上册》为上册。主要从集成电路和计算架构的发展介绍软件定义芯片的概念演变，系统分析了软件定义芯片的技术原理、特性分析和关键问题，重点从架构设计原语、硬件设计空间、敏捷设计方法等方面系统介绍了软件定义芯片硬件架构设计方法，并从编译系统角度详细介绍了从高级语言到软件定义芯片配置信息的完整流程。

目录
上册
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 概念演变 2
1.1.1 半导体集成电路发展背景 4
1.1.2 计算芯片体系架构发展背景 5
1.1.3 软件定义芯片VS.可编程器件 7
1.1.4 软件定义芯片VS.动态可重构计算 7
1.2 可编程器件发展 10
1.2.1 历史发展分析 10
1.2.2 FPGA的技术原理 11
1.2.3 FPGA发展面临的问题 14
1.2.4 软件定义芯片的颠覆性 16
1.3 国内外研究与产业现状 17
1.3.1 经典可编程器件的发展现状和趋势 17
1.3.2 软件定义芯片的研究现状 18
参考文献 20
第2章 软件定义芯片概述 24
2.1 基本原理 25
2.1.1 必要性分析 25
2.1.2 技术实现方法 28
2.1.3 技术对比 45
2.2 特性分析 51
2.2.1 高计算效率 51
2.2.2 编程门槛低 56
2.2.3 容量不受限 57
2.2.4 高硬件安全 57
2.3 关键研究问题 59
2.3.1 编程模型与灵活性 62
2.3.2 硬件架构与高效性 63
2.3.3 编译方法与易用性 64
参考文献 65
第3章 硬件架构与电路 69
3.1 软件定义架构的设计原语 70
3.1.1 计算和控制 70
3.1.2 片上存储 96
3.1.3 对外接口 105
3.1.4 片上互连 111
3.1.5 配置系统 117
3.1.6 小结 121
3.2 软件定义架构的开发框架 122
3.2.1 架构设计空间探索 123
3.2.2 敏捷硬件开发实例 134
3.2.3 小结 148
3.3 软件定义电路的设计空间 148
3.3.1 可调电路探索 149
3.3.2 模拟计算探索 152
3.3.3 近似计算探索 157
3.3.4 概率计算探索 165
3.3.5 小结 166
参考文献 166
第4章 编译系统 174
4.1 编译系统概述 175
4.1.1 静态编译流程 175
4.1.2 动态编译流程 178
4.2 静态编译方法 179
4.2.1 中间表达形式 179
4.2.2 映射问题抽象与建模 186
4.2.3 软件流水与模调度 192
4.2.4 整数线性规划 212
4.2.5 非规则的任务映射 223
4.3 动态编译方法 241
4.3.1 硬件资源虚拟化 242
4.3.2 基于指令流的动态编译 248
4.3.3 基于配置流的动态编译 257
参考文献 270
彩图
下册
序
前言
第1章 编程模型 1
1.1 软件定义芯片的编程模型困境 2
1.2 三条路线 3
1.3 三大障碍 5
1.3.1 冯 诺依曼架构与随机存取机模型 6
1.3.2 内存墙 8
1.3.3 功耗墙 12
1.3.4 I/O墙 21
1.4 三元悖论 24
1.5 三类探索 27
1.5.1 空域并行性与非规则应用 27
1.5.2 空域并行性的编程模型 31
1.6 本章小结与展望 60
参考文献 62
第2章 硬件安全性和可靠性 65
2.1 安全性 66
2.1.1 故障攻击防御技术 66
2.1.2 抗侧信道攻击防御技术 70
2.1.3 基于软件定义芯片的PUF技术 79
2.2 可靠性 89
2.2.1 基于流算法的拓扑结构重构方法 90
2.2.2 可重构片上网络多目标联合映射优化方法 99
参考文献 115
第3章 技术难点与发展趋势 120
3.1 技术难点分析 120
3.1.1 灵活性：软硬件协同的可编程性设计 121
3.1.2 高效性：硬件并行性和利用率的权衡 123
3.1.3 易用性：软件调度的虚拟化硬件优化 127
3.2 发展趋势展望 129
3.2.1 应用驱动的软硬件一体化设计 129
3.2.2 存算融合的多层次并行化设计 132
3.2.3 软件透明的硬件动态优化设计 139
参考文献 142
第4章 当前应用领域 148
4.1 应用领域分析 148
4.2 人工智能 151
4.2.1 算法分析 151
4.2.2 人工智能芯片研究现状 154
4.2.3 软件定义人工智能芯片 165
4.3 5G通信基带 173
4.3.1 算法分析 173
4.3.2 通信基带芯片研究现状 178
4.3.3 软件定义通信基带芯片 184
4.4 密码计算 191
4.4.1 密码算法分析 192
4.4.2 密码芯片研究现状 197
4.4.3 软件定义密码芯片 201
4.5 处理器硬件安全 207
4.5.1 概念及研究现状 207
4.5.2 CPU硬件安全威胁分析 207
4.5.3 现有应对方案 209
4.5.4 基于软件定义芯片的CPU 硬件安全技术 210
4.6 图计算 217
4.6.1 图算法的背景介绍 218
4.6.2 图计算的编程模型 222
4.6.3 图计算硬件架构研究进展 226
4.6.4 展望 238
4.7 网络协议 239
4.7.1 软件定义网络协议 240
4.7.2 软件定义网络芯片研究现状 245
4.7.3 软件定义网络芯片技术 255
参考文献 259
第5章 未来应用前景 268
5.1 可演化智能计算 269
5.1.1 可演化智能计算的概念与应用 269
5.1.2 可演化智能计算的历史与现状 270
5.1.3 软件定义可演化智能计算芯片 274
5.2 后量子密码 275
5.2.1 后量子密码算法的概念与应用 276
5.2.2 后量子密码芯片研究现状 280
5.2.3 软件定义后量子密码芯片 284
5.3 全同态加密 285
5.3.1 全同态加密的概念与应用 286
5.3.2 全同态加密芯片研究现状 288
5.3.3 软件定义全同态加密计算芯片 290
参考文献 297
彩图