利用可重构处理器打造更智能的自主式武器装备

在消费电子和无线行业，移动设备是当之无愧的王者。而现在，美国军方也开始着手为其自主式武器装备添加移动特性，如此一来，这类武器必须消耗更低的能量。另外，通过板上处理器，这些武器还能对大量的传感器数据进行筛选及传输。

美国国防先进技术研究计划署(Darpa)启动的“多形态计算架构(PCA)”项目，是军方自主式武器装备计划的一部分。据Darpa的信息处理技术办公室(IPTO)介绍，该项目的目标是开发“可重构和可适应任务需求的处理架构”。这些应用就包括“敏捷”传感器和智能航空电子设备。

据项目参与者介绍，PCA的一个关键部分是一款单芯片信号处理器，将作为可适应传感器有效载荷的“大脑”使用。军方计划人员所设想的一种早期应用是一款板上处理器，该处理器能被集成进微型无人驾驶飞机所携带的传感器载荷中。

为了实现移动性，研究人员将军用处理器的大小从以往的多达8块板卡，减少到单一芯片信号处理器加支持电路，再加上内置的可重复编程能力。这样一来，军方计划人员就能缩减传感器平台的大小，并延长传感器执行任务的时间。因此，Darpa架构项目的成果将最终用于微型无人驾驶飞机中，这些小飞机可自我引导深入敌后，并发回大量传感器数据。

Darpa项目官员把美国国防部目前所使用的嵌入式计算项目描述为“静态”的，它依赖基于固定架构的、已将现有软件性能发挥到极至的硬件驱动型“点方案("point solutions)”。一份Darpa项目这样描述道：“静态方式缺乏满足动态任务要求的多样性，其所导致的性能下降或差强人意的匹配处理性能结果将损害我们的战斗力。”

为解决此问题，Darpa六个技术分支之一的IPTO，从2000年开始向行业征求对三阶段PCA项目框架下的可重构架构的建议。Darpa已资助了若干开发项目，其中包括由Raytheon公司和德州大学团队承担的可重构处理器设计。

Raytheon团队开发了一种称为“Monarch(即：形变网络化微架构)”的PCA架构。该系统的关键是一种“可重构的计算结构”，Raytheon的航天航空系统部门负责Monarch技术的首席调研人Michael Vahey表示。

今年上半年，德州大学的一个团队发布了其称为Trips(即可靠的每秒万亿次运算速度的智能自适应处理系统)的多形态微处理器架构。该大学的研究人员表示，他们的方法以一种称为“显性数据图表执行(EDGE)”的专有架构为基础，并称此架构可极大改进单线程MPU的性能。

Trips原型处理器包含两个处理内核。德州大学称，该原型是利用纳米级技术实现灵活处理器系列的首款产品。截至目前，为支持德州大学的该项研究，Darpa已注入了约1,500万美元。

单芯片处理器能够缩小“全球鹰”等无人驾驶飞行器的体积。

IBM微电子在其位于美国佛蒙特州伯灵顿的工厂制造了该Trips原型芯片。

Mercury Computer Systems公司为Raytheon的Monarch SoC提供了硅知识产权。南加州大学的工程师为该架构的关键部分也做出了贡献。

IBM微电子公司利用低k电介质、采用90nm工艺制造出一个能工作的Monarch信号处理器。Raytheon的Vahey表示，他们已经计划采用45nm工艺重新流片，以期减小未来的设计尺寸。“它不仅仅是一种原型，而且是一个可工作的模型。”Vahey表示。

Raytheon团队的另一位成员Georgia Tech承担软件开发，这是“Morphware”项目的一部分。Vahey介绍，Monarch的“可重构计算结构”能在处理单元间传递数据，而无需先把数据路由到存储器上。这种方法能更高效地路由数据、并允许用户根据具体任务来“调整”架构。

“这一切都由软件完成。”Vahey解释说。

或者，就像Darpa计划官员所强调的：“软件第一，硬件最后。”该口号指为能更好地利用任务及其它软件，而开发一种能承担各种形式的多形态处理器架构。

Raytheon的Monarch SoC架构。

与该可重构计算结构一起，Monarch架构采用6个RISC处理器和12MB的片上存储器。Raytheon还吹捧Monarch的低功耗和低工作电压，这些特性对载满传感器的自动驾驶飞船等军事应用来说很关键。

Darpa计划官员特别指出，基于PCA的系统有望同时具有高性能和低功耗的优势。

虽然，我们目前还无法获知PCA项目的最新动态或何时开始部署这一可重构处理器技术。但是，Raytheon的Vahey透露，到2015年，该技术就可在战场上一显身手。