VecBall - 向量处理球

概述

VecBall 是 BuckyBall 系统中的向量处理加速器封装，它将向量处理单元（VecUnit）集成到 Ball 域架构中。VecBall 通过 Diplomacy 协议与系统的存储子系统进行连接，提供高性能的向量计算能力。

二、文件结构

vecball/
└── VecBall.scala  - VecBall 封装实现

三、核心功能

VecBall LazyModule

VecBall 是一个 LazyModule，负责：

封装 VecUnit 核心向量处理逻辑
通过 Diplomacy 协议协商存储带宽
连接 scratchpad 和 accumulator 存储器
提供标准的 Ball 域接口

主要特性：

存储带宽协商: 自动请求所需的 scratchpad 和 accumulator 带宽
灵活连接: 支持多 bank 的存储器连接
标准接口: 提供统一的命令请求/响应接口

四、架构设计

Diplomacy 节点配置

val node = new BallNode(Seq(BBusParams(
  sramReadBW = b.sp_banks + b.acc_banks,   // 读带宽需求
  sramWriteBW = b.sp_banks + b.acc_banks   // 写带宽需求
)))

VecBall 请求的带宽包括：

scratchpad banks: b.sp_banks 个读写端口
accumulator banks: b.acc_banks 个读写端口

存储器连接策略

Scratchpad 连接：

// 前 b.sp_banks 个端口连接到 scratchpad
for (i <- 0 until b.sp_banks) {
  bundle.data.sramRead(i) <> vecUnit.io.sramRead(i)
  bundle.data.sramWrite(i) <> vecUnit.io.sramWrite(i)
}

Accumulator 连接：

// 接下来 b.acc_banks 个端口连接到 accumulator
for (i <- 0 until b.acc_banks) {
  val readIdx = b.sp_banks + i
  val writeIdx = b.sp_banks + i
  bundle.data.sramRead(readIdx) <> vecUnit.io.accRead(i)
  bundle.data.sramWrite(writeIdx) <> vecUnit.io.accWrite(i)
}

接口设计

val io = IO(new Bundle {
  val cmdReq = Flipped(Decoupled(new BallRsIssue))     // 命令请求输入
  val cmdResp = Decoupled(new BallRsComplete)          // 命令响应输出
})

五、工作流程

初始化阶段

带宽协商: 通过 Diplomacy 协议向系统请求所需的存储带宽
参数验证: 检查协商后的带宽是否满足 VecUnit 的需求
连接建立: 将 VecUnit 的存储接口连接到系统存储器

运行阶段

命令接收: 从保留站接收向量处理命令
向量执行: VecUnit 执行向量计算操作
存储访问: 通过 scratchpad 和 accumulator 进行数据读写
完成响应: 向保留站发送执行完成信号

带宽管理

// 检查协商后的参数
val negotiatedParams = node.edges.out.map(e => (e.sramReadBW, e.sramWriteBW))
require(negotiatedParams.forall(p =>
  p._1 >= (b.sp_banks + b.acc_banks) &&
  p._2 >= (b.sp_banks + b.acc_banks)),
  "negotiated bandwidth must support VecUnit requirements")

六、配置参数

关键配置项

sp_banks: Scratchpad bank 数量
acc_banks: Accumulator bank 数量
向量长度: VecUnit 支持的向量长度
数据位宽: 向量元素的位宽

带宽计算

总带宽需求 = scratchpad banks + accumulator banks

读带宽: b.sp_banks + b.acc_banks
写带宽: b.sp_banks + b.acc_banks

七、存储器访问模式

Scratchpad 访问

用途: 存储输入向量数据和中间结果
访问模式: 支持随机访问和顺序访问
bank 数量: 可配置，影响并行访问能力

Accumulator 访问

用途: 存储累加结果和最终输出
访问模式: 主要用于累加操作
bank 数量: 通常较少，专门用于累加计算

八、性能特性

并行处理能力

多 bank 并行: 支持多个存储 bank 的并行访问
向量并行: VecUnit 内部的 SIMD 并行处理
流水线执行: 支持指令级流水线

带宽优化

智能分配: 根据实际需求动态分配带宽
冗余处理: 自动处理多余的端口连接
错误检查: 验证带宽协商结果

九、使用示例

基本配置

// 配置 VecBall 参数
class MyBuckyBallConfig extends CustomBuckyBallConfig {
  override val sp_banks = 4    // 4 个 scratchpad banks
  override val acc_banks = 2   // 2 个 accumulator banks
}

// 实例化 VecBall
val vecBall = LazyModule(new VecBall)

系统集成

// 在 Ball 域中集成 VecBall
class BallDomain extends LazyModule {
  val vecBall = LazyModule(new VecBall)
  val memorySystem = LazyModule(new MemorySystem)

  // 通过 Diplomacy 连接
  memorySystem.node := vecBall.node
}

Buckyball Technical Documentation