【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于集成電路設計，尤其涉及一種探針處理器。
技術介紹
1、解決np-完全問題是當前社會面臨的重大挑戰之一，需要突破圖靈模型的限制。探針機概念是近年來首次提出的一種可以有效解決該np-完全問題的新型計算模型，是重要的全球學術探索前沿領域。
2、馮·諾依曼型處理器的數學模型是圖靈機，它是一種典型的串行計算模型，這使得其在處理大規模np-完全問題時顯得“力不從心”。np-完全問題被普遍視為當今人類社會發展面臨的最大挑戰之一，因為此類問題的計算復雜性隨問題規模的增加呈指數爆炸增長。
3、以100點計算圖的3著色求解問題為例，它需要的可行解空間為3100，約為5.15×1047。使用傳統圖靈機大型服務器需要求解幾十天。此類np-完全問題的求解難題廣泛存在于現實生活中。例如：1.整數規劃類問題，包括列車調度，航天在軌飛行器規劃，物流倉儲無人車規劃等。2.通訊協議加解密問題，例如rsa算法，一種公鑰加密算法，廣泛應用于金融領域類銀行間數據傳輸。
4、許進教授及其團隊于2016年提出了一種名為“探針機”的底層全并行計算模型。這一模型首次在理論上超越了傳統的圖靈機模型，旨在解決當前電子計算機無法高效處理的np完全問題，如哈密爾頓問題和圖的頂點著色問題。
5、基于以上探針機模型，許進教授團隊提出了兩種生物實現的構想：一種是利用納米顆粒和dna分子作為數據，dna分子作為探針的納米dna計算機；另一種是利用乙酰膽堿等神經遞質作為數據纖維中的信息，類似于生物神經系統中“動作電位”作為探針的模型。
6、生物實現的計算模型，盡管具有創新性和前景，但也存在一些顯著的缺點：(1)復雜性和可控性：生物系統的復雜性遠高于電子系統，特別是在涉及到分子和細胞層面的操作時。控制和精確管理這些系統的行為是一項極具挑戰性的任務；(2)穩定性和可靠性：生物材料(如dna、蛋白質等)在不同環境條件下可能表現出不穩定或降解，這對計算的可靠性和穩定性構成了重大威脅；(3)速度和效率：盡管生物計算在某些特定問題上可能表現出色，但在總體速度和效率上，與現代電子計算機相比，生物計算仍處于劣勢。生物反應的時間尺度通常較長，無法與電子計算的納秒級速度相提并論；(4)規模和可擴展性：生物計算系統目前難以擴展到大規模應用。制造和維護大規模生物計算機不僅技術復雜，而且成本高昂。許進教授團隊提出一種從底層全并行的計算模型——探針機；(5)環境依賴性：生物系統對環境條件(如溫度、ph值、營養供給等)極為敏感，稍有變化可能導致系統性能大幅波動。這種對環境的依賴性增加了實際應用的難度。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是，提供一種探針處理器，有效提高探針操作的計算效率。
2、為實現上述目的，本專利技術采用如下的技術方案：
3、一種探針處理器，，基于risc-v處理器架構，包括：探針操作專用指令集和探針處理器微架構；其中，
4、所述探針操作專用指令集，用于實現探針相關的基本操作；
5、所述探針處理器微架構，用于根據探針操作專用指令集，實現探針操作。
6、作為優選，探針操作專用指令集包括：gset指令、gpre指令、gclear指令、ginfer指令、gprobe指令、gfill指令；其中，gset指令用于設置著色數和點數；gpre指令用于設置點色集；gclear指令用于清空temp_sol、temp_fresh_point、temp_sign或true_sol、true_fresh_point、true_sign寄存器；ginfer指令用于啟動推理操作；gprobe指令用于指定鄰接矩陣的地址，并啟動探針操作；gfill指令用于進行裝填temp_fresh_point和true_fresh_point寄存器。
7、作為優選，所述探針處理器微架構包括：取指單元，執行單元以及探針單元；其中，
8、所述取指單元，用于從指定內存取出正確指令，并進行分支預測和解碼，若預測成功，得到對應指令pc和相應指令信息；若預測失敗，則清空指令流水線繼續執行對應指令，得到指令信息，并將信息送入執行單元；
9、所述執行單元，用于接收到指令，根據不同指令類型分發到相應運算單元執行，同時用于維護指令的數據相關性；
10、所述探針單元，用于實現探針操作專用指令集。
11、作為優選，所述探針單元包括探針解碼模塊、數據接口模塊、數據庫模塊、探針控制模塊、探針寫回模塊、推理模塊和探針模塊；其中，
12、所述探針解碼模塊，用于全解碼自定義指令，獲取指令信息，并傳遞給探針控制模塊，指令信息包含：探針運算配置信息、處理數據地址、運算操作類型和讀寫操作信息；
13、所述探針控制模塊，用于根據探針運算配置信息、處理數據地址、運算操作類型和讀寫操作信息對探針內部功能模塊進行調度、配置和執行；
14、所述數據庫模塊，用于存儲探針操作中多位中間臨時數據和輸入輸出數據等；
15、所述推理模塊，用于執行推理操作；
16、所述探針模塊，用于根據指令配置信息、運算操作類型，執行探針操作；
17、所述探針寫回模塊，用于保存計算結果，并通過仲裁寫回risc-v處理器中正確的位置。
18、作為優選，所述數據庫模塊包括：true_sol、true_fresh_point、true_sign三個寬度為n且深度為m的寄存器組和temp_sol、temp_fresh_point、temp_sign三個寬度為n且深度為2m-1的寄存器組。
19、作為優選，所述推理模塊由若干個反相器和與門組成，推理模塊的輸入是able_list和true_fresh_point寄存器數據，經過推理計算，輸出結果存到temp_fresh_point和temp_sol中。
20、作為優選，所述探針模塊的輸入是temp_sol寄存器數據和鄰接矩陣，輸出結果存入temp_sign中。
21、作為優選，取指單元通過地址生成模塊生成指令所需的地址；地址生成模塊與預分支預測模塊和總線控制模塊相連；總線控制模塊與總線接口單元和指令存儲器相連，總線控制模塊還通過選擇器與預解碼模塊以及執行單元中的取指分發單元建立聯系；取指分發單元將指令分發到控制指令判斷模塊、算數運算單元、長指令單元、加載存儲單元和探針解碼器；探針解碼器與數據接口和探針控制模塊相連；數據接口模塊與數據庫模塊模塊和探針寫回模塊模塊相連，并同時連接推理模塊和探針模塊；執行單元通過寫回仲裁選擇器與交付模塊相連，最終連接寫回寄存器模塊。
22、作為優選，指令執行流程如下：指令執行過程開始于指令被存儲在指令存儲器中，地址生成模塊生成指令的地址，即程序計數器pc，并將這個地址傳遞給總線控制模塊；總線控制模塊根據pc取出相應的指令，并將其傳遞給預解碼模塊和取指分發單元；如果該指令是一個跳轉指令，它將通過預分支預測模塊直接生成新的跳轉地本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種探針處理器，其特征在于，基于RISC-V處理器架構，包括：探針操作專用指令集和探針處理器微架構；其中，
2.根據權利要求1所述的探針處理器，其特征在于，探針操作專用指令集包括：gset指令、gpre指令、gclear指令、ginfer指令、gprobe指令、gfill指令；其中，gset指令用于設置著色數和點數；gpre指令用于設置點色集；gclear指令用于清空temp_sol、temp_fresh_point、temp_sign或true_sol、true_fresh_point、true_sign寄存器；ginfer指令用于啟動推理操作；gprobe指令用于指定鄰接矩陣的地址，并啟動探針操作；gfill指令用于進行裝填temp_fresh_point和true_fresh_point寄存器。
3.根據權利要求2所述的探針處理器，其特征在于，所述探針處理器微架構包括：取指單元，執行單元以及探針單元；其中，
4.根據權利要求3所述的探針處理器，其特征在于，所述探針單元包括探針解碼模塊、數據接口模塊、數據庫模塊、探針控制模塊、探針寫回模
5.根據權利要求4所述的探針處理器，其特征在于，所述數據庫模塊包括：true_sol、true_fresh_point、true_sign三個寬度為N且深度為M的寄存器組和temp_sol、temp_fresh_point、temp_sign三個寬度為N且深度為2M-1的寄存器組。
6.根據權利要求5所述的探針處理器，其特征在于，所述推理模塊由若干個反相器和與門組成，推理模塊的輸入是Able_list和true_fresh_point寄存器數據，經過推理計算，輸出結果存到temp_fresh_point和temp_sol中。
7.根據權利要求6所述的探針處理器，其特征在于，所述探針模塊的輸入是temp_sol寄存器數據和鄰接矩陣，輸出結果存入temp_sign中。
8.根據權利要求7所述的探針處理器，其特征在于，取指單元通過地址生成模塊生成指令所需的地址；地址生成模塊與預分支預測模塊和總線控制模塊相連；總線控制模塊與總線接口單元和指令存儲器相連，總線控制模塊還通過選擇器與預解碼模塊以及執行單元中的取指分發單元建立聯系；取指分發單元將指令分發到控制指令判斷模塊、算數運算單元、長指令單元、加載存儲單元和探針解碼器；探針解碼器與數據接口和探針控制模塊相連；數據接口模塊與數據庫模塊模塊和探針寫回模塊模塊相連，并同時連接推理模塊和探針模塊；執行單元通過寫回仲裁選擇器與交付模塊相連，最終連接寫回寄存器模塊。
9.根據權利要求8所述的探針處理器，其特征在于，指令執行流程如下：指令執行過程開始于指令被存儲在指令存儲器中，地址生成模塊生成指令的地址，即程序計數器PC，并將這個地址傳遞給總線控制模塊；總線控制模塊根據PC取出相應的指令，并將其傳遞給預解碼模塊和取指分發單元；如果該指令是一個跳轉指令，它將通過預分支預測模塊直接生成新的跳轉地址；如果指令不是跳轉指令，取指分發單元根據指令的不同類型，將其分發到算數運算單元、長指令單元、加載存儲單元或策略計算執行單元；對于探針指令，通過探針解碼器進行全解碼，以獲取完整的指令信息，數據接口模塊接收解碼后的數據信息，并從外部數據存儲器中獲取所需的數據；同時，探針控制模塊接收計算信息，并根據計算信息對推理模塊和探針模塊進行調度和配置；推理模塊和探針模塊還接收來自數據池的計算數據，通過探針寫回模塊傳遞給寫回仲裁選擇器；寫回仲裁選擇器與交付模塊協作，使計算結果被正確地寫回到寄存器中。
...【技術特征摘要】
1.一種探針處理器，其特征在于，基于risc-v處理器架構，包括：探針操作專用指令集和探針處理器微架構；其中，
2.根據權利要求1所述的探針處理器，其特征在于，探針操作專用指令集包括：gset指令、gpre指令、gclear指令、ginfer指令、gprobe指令、gfill指令；其中，gset指令用于設置著色數和點數；gpre指令用于設置點色集；gclear指令用于清空temp_sol、temp_fresh_point、temp_sign或true_sol、true_fresh_point、true_sign寄存器；ginfer指令用于啟動推理操作；gprobe指令用于指定鄰接矩陣的地址，并啟動探針操作；gfill指令用于進行裝填temp_fresh_point和true_fresh_point寄存器。
3.根據權利要求2所述的探針處理器，其特征在于，所述探針處理器微架構包括：取指單元，執行單元以及探針單元；其中，
4.根據權利要求3所述的探針處理器，其特征在于，所述探針單元包括探針解碼模塊、數據接口模塊、數據庫模塊、探針控制模塊、探針寫回模塊、推理模塊和探針模塊；其中，
5.根據權利要求4所述的探針處理器，其特征在于，所述數據庫模塊包括：true_sol、true_fresh_point、true_sign三個寬度為n且深度為m的寄存器組和temp_sol、temp_fresh_point、temp_sign三個寬度為n且深度為2m-1的寄存器組。
6.根據權利要求5所述的探針處理器，其特征在于，所述推理模塊由若干個反相器和與門組成，推理模塊的輸入是able_list和true_fresh_point寄存器數據，經過推理計算，輸出結果存到temp_fresh_point和...
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