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脉动数组结构详解
资料介绍
一、基本概念
脉动数组（Systolic Array）是一种专用的并行计算结构，由多个处理单元（Processing Element, PE）按规律排列成网格状，通过流水线式数据流动实现高效的计算任务。其核心特点是数据在阵列中以固定节奏"流动"，每个处理单元仅与相邻单元进行数据交互，形成类似人体血液循环系统的协同工作模式。
二、结构组成
1. 处理单元（PE）
每个PE是独立的计算单元，包含：
算术逻辑单元（ALU）：执行基本运算（加、乘、累加等）
寄存器组：存储中间计算结果
输入/输出缓冲器：暂存流经的数据
控制逻辑：协调数据接收与计算时序
2. 互连网络
PE间通过固定拓扑结构连接，常见形式包括：
二维网格（2D Mesh）：最常用结构，PE按行/列排列
线性阵列（1D Linear）：适用于向量运算
六边形网格（Hexagonal）：优化对角数据路径
3. 数据路由机制
数据通过以下方式在阵列中流动：
同步流动：所有PE按统一时钟周期操作
流水线传输：数据在相邻PE间按节拍传递
多方向流动：支持行、列、对角线等传输路径
三、工作原理
脉动数组的工作流程遵循"数据预取-计算-传递"的循环模式：
数据注入：外部数据通过输入端口按预定节奏进入阵列
流水线计算：每个PE在接收数据后执行本地运算，同时将结果传递给相邻PE
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