Forthの作成者であるCharles Mooreによる講演：144コアプロセッサ、なぜですか？ 144コアをプログラムするのは難しいですか？

144コアのGA144プロセッサとForthプログラミング言語の作成者であり、有名なプログラマーであるチャールズH.ムーア（チャックムーア）は、彼の講義で彼の会社が作成した144コアの非同期チップを使用する見込みについて語っています。 、GreenArrays、およびそのプログラミング。 結局、そのチップはわずか7 pJのエネルギーしか消費しません（基本的なALU命令を実行する場合、1.5ナノ秒かかります）。これは、医療分野の開発から始まり、ロボット工学。 未使用のコアは100ナノワットしか消費しませんが、アクティブなコアは666 MIPSを処理するときに4ミリワットしか必要としません：高密度コードは実行する命令の数を最小限に抑え、命令フェッチ、トランジスタスイッチング、およびデューティサイクルの数を減らします。



講義はまだ公開されていないため、YouTubeで公開しました。







誰かが字幕を作成できるようになったら-書いて、追加してください。誰かがそのような重要な仕事をする時間を見つけてくれたらとても感謝しています。



プロセッサー自体は2011年に20ドルで販売されました 。 この出版物では、利用可能な新しい情報を体系化し、GreenArraysのドキュメントを読んだ後に生じる可能性のあるギャップを埋めようとしました。

144コアプロセッサ、なぜですか？

効率的なエネルギー管理と高速性が必要な場合、幅広いタスクに対応するエネルギー効率の高い並列アプリケーションを作成できます。GA144マルチコアプロセッサはこれを提供します。 GA144は、同種のコンピューティング環境でのアプリケーション向けの並列データ処理アルゴリズムの分析とモデリングのための興味深いツールです。

GreenArrays GA144チップのユニークな点は何ですか？

このように考えるいくつかの理由を次に示します。



-144個の18ビットコアがあります。

-完全に独立した非同期カーネルが特徴であるため、クロックがありません。

-ForthおよびGreenArraysでプログラミングされ、GA144専用のarrayForthのバージョンであるcolorForthを提供します。

-さまざまなコアでタスクを同期し、高速コードを実行するためのハードウェア機能。

-プログラムで入力/出力ラインの機能を設定する機能。



しかし、このチップのプログラミングに関連するドキュメントがたくさんあるという事実にもかかわらず、一部の人にとっては、このチップを使い始めるのは困難です。 オンラインチュートリアルは通常、古いバージョンのarrayForthで機能しますが、新しいバージョンではサポートされていません。 基本情報は、利用可能なすべてのドキュメント全体に配布されます。 また、GA144で専門的に作業を開始したい場合は、すべてを注意深く描く必要があります。 実験を開始する前に慎重に考えてください。すぐに結果は得られません。 特に、次のようなIDEでチップをプログラムする必要がある場合：







しかし、心配しないでください。この投稿では、「Hello World」標準の例を作成し、シミュレータで実際に実行する方法を説明します。実際にチップの詳細は説明しません。 ほとんどの場合、すでにGA144、Forth、およびそのスタックについてある程度の考えを持っています。 さらに、arrayForthステートメントを読んで、それが何であるかについての基本的な考えを知ることをお勧めします。

最初の打ち上げ

すべてを正しく実行してarrayForthを実行すると、同様のウィンドウが表示されます。







特別なキーボードレイアウトを使用してさまざまな種類と色の構文を入力することを知っている必要があります（したがって、colorForthの起源）。 arrayForthユーザーガイドの13ページで、エディターで使用されているレイアウトを見つけることができます。 Hello Worldの例を書き始める前に、メモリの構成方法、コードを残す場所、コードのブロックを実行するノードなどを知る必要があります。

メモリ構成

arrayForthのメモリは1400ブロックで構成され、それらの一部にはコンパイラーやシミュレーターなどのシステム自体のソフトウェアが含まれ、その他にはユーザー作成のコードまたは単に空のコードが含まれます。 メモリブロックの編成方法に関する簡単な情報は、arrayForthユーザーガイドの18ページの第4章にあります。詳細な説明は、インストールフォルダーにあるEVB001-02b.htmlファイルにあります。



840〜1078のブロックを使用してカスタムコードを保存できることがわかります。 偶数番号のブロックにはユーザーコードが含まれている可能性があり、奇数番号のブロックはユーザーコメントの保存に使用されることに注意してください。

ノードレイアウト

GA144チップは、18×8グリッドの144個のF18ノードで構成されています。







各ノードには、左下のノードで000で始まり、右上のノードで717で終わる識別子があります。 各ノードは隣接ノードに関連付けられています。 エンドノードは、直接またはUART、SPI、ADCなどの周辺機器を介して、外部にアクセスできます。 したがって、アプリケーションの場所を慎重に計画する必要があります。

「ハローワールド」

GA144について少し知ったので、次の計算を実行する最初のコードを書きましょう：3（x + 1）。 コードをブロック860に配置します。これは、カスタムコードに使用できます。



860 <スペース>編集<スペース>



このコマンドはエディターを開き、空のブロックを表示します：







次のコマンドを入力してください。



<u*>0<>org<><esc*><x*>br<><esc*>







モニターに同様の画像が表示されます。







アセンブラを知っている場合、0 orgの黄色の部分は、次に書き込まれるすべてのものが0以上のメモリセルに配置されることを意味することを理解する必要があります。 Blue brは、実行可能コードにコンパイルせず、2つの新しい行を追加する必要があることをエディターに伝えるエディターチームです。 crの場合、新しい行が1つだけ追加されます。

次に、3つの単語（関数）を定義します：setup、calc、mul。



setup-式3（x + 1）で変数xの値を指定し、レジスタに保存します。

calc-レジスタaの値を抽出し、それに加算し、3で乗算します。

m18は18ビットの乗算を実行する関数です。F18ノードには乗算コマンドが1つもないためです。



最初にmul関数のコードを取得しましょう：



<i*>mul<>a!<>0<>17<><esc*><u*>for<><esc*><o*>+*<><esc*><u*>unext<>drop<>drop<><esc*><o*>a<>;<><esc*>











次はcalc関数です。



<i*>calc<>a<>1<>+<>3<>mul<>;<><esc*>











最終セットアップ機能：



<i*>setup<>4<>a!<>calc<>;<><esc*><x*>br<><esc*>











この場合、x = 4を選択しました。これにより、16進数で3（4 + 1）= 15 = 0x0Fになります。 ほぼ完了です！ Hello Worldの例の最後の部分は、コードでノードが起動するときに、プログラムのエントリポイント（セットアップ）が確実に呼び出されるようにすることです。 次のようにインストールできます。



<u*><F1*>0a9<><F1*>org<><esc*><o*>setup<>;<><esc*>







これにより、コードの最後の行が提供され、コードのエントリポイントが0xA9に配置され、インストールが呼び出されます。







次に、スペースバーを押して編集モードを終了します（下部の右側の赤い860が灰色に変わります）。 コードをコンパイルする必要があります。コンパイルを入力してスペースバーを押すことでこれを実行できます。 「保存」機能を使用して、すべての1400ブロックの状態を保存することもできます（保存タイプとスペース）。

ノードを構成する

したがって、コードを記述しましたが、どのようにノードの1つに配置するのでしょうか？ これは、古いドキュメントを見ると影響を受けない部分です。 ブロック200には、ブロックからノードにコードをロードするための命令が含まれています。 これはまさにコードをダウンロードできる場所です。 最初に、白でも青でもないすべての指示を白に変更する必要があります。 これを行うには、カーソルを命令/番号に置き、クリックして淡色になります。



最初の行の後にブート手順を配置します。



<u *> 400 <スペース>ノード<スペース> 860 <スペース> load <スペース> <esc *> <x *> br <スペース> <esc *>



この行はノード404を選択し、ブロック860をそこにロードします。







これをすべてブロック200に入れる理由は、arrayForth（ブロック148-150）にあるsoftsimシミュレーターが最初にシミュレーターをセットアップし（ブロック148）、アプリケーションダウンロードコードがブロック200（ブロック150）に格納されるためです。



同じブロックを別のノードに配置する場合（同じコードが並行して動作する場合）、または別のノードにコードの別のブロックをロードする場合は、この手順を繰り返すことができます。 ここでシミュレータを開始すると、404ノードはコードを実行しないことがわかります。 ノードが正しいエントリポイントを示すプログラムカウンタを開始することを確認するには、ブロック216を変更する必要があります。このブロックには、シミュレータの構成とテストベッドが含まれています。



ブロック216を開く：



216<>edit<>







そして、コメント「rom write test 200 + node 13 / p」で始まる行の前に次のコードを追加します。



<u*><F1*>0a9<><F1*>404<>enter<><esc*><x*>br<><esc*>







ブロック216は次のようになります。







ノード404の正しいエントリポイントが設定されたので、シミュレータでコードを実行する準備ができました！

ランニングシミュレーター

softsimと入力し、スペースバーを押してシミュレーターを開始します。







ページ33、arrayForth命令の第7章では、シミュレータの動作方法について説明しますが、簡単に説明します。



右上隅には、すべてのGA144ノードを表す18 x 8のグリッドがあります。 緑色のシンボルは実行中のノードを意味し、灰色はノードが中断されていることを意味します。 上記のように、変更されたブロック216用でない場合、Hello Worldの例が機能しないため、ノード404（左から5番目、上から4番目）は灰色になります。 また、「フォーカス」ノードと「その他」ノードをそれぞれ表す赤と黄色のXもあります。 右下隅に、フォーカスノードのメモリの内容が表示されます。 「/」キーを押すと、右上隅が「その他」ノードのメモリの内容に置き換えられます。 これは、相互作用する2つのノードがある場合に便利です。 画面の左側には、ノードの内部状態、レジスターの内容が表示されます。 選択された8 x 4ノードのグリッドは、右上隅のグリッド概要で青い長方形でマークされています。内部状態を知りたいノードを選択するために移動できます。







上から下：

1. ノード番号（灰色）、COMポートアドレス（白）
2. スロット番号（白）、オペコード名（緑）
3. コマンドレジスタ（白）
4. メモリタイマー（緑）、ソフトウェアカウンター（白）
5. A、レジスター（白）
6. B、Bレジスター（白）
7. IO、IOレジスタ（ターコイズ）
8. R、リターンスタックの上部（赤）
9. T、データスタックの上部（緑色）
10. S、データスタック（緑）
11. @使用される通信ポートを表します

コードを実行する

ノード404に赤いXを配置し、ノード404をオンにするように青い長方形を構成すると、サンプルを実行したいノードに何が起こるかがわかります。







nを数回押すと、ノード404がコードを実行することがわかります。







以下は、発生順に簡単に説明します。 まず、メモリアドレスが示され、その横に命令スロットに対応する命令の番号付きリストがあります（より詳細で広範な追加情報については、F18テクノロジードキュメントを参照してください）。



0xA9

1. 0xAに移動します。

0xA

1. 0xB（4）に格納されている値をスタックに置きます。
2. レジスタAのスタックの最上部に格納します。
3. NOP。
4. NOP。

0xC

1. 0x6に移動します。

0x6

1. レジスタAに格納されている値をスタックに配置します。
2. 0x7（1）に格納されている値をスタックに配置します。
3. 追加を実行します。
4. 0x8（3）に格納されている値をスタックに配置します。

0x9

1. 0x0に移動します。

0x0

1. レジスタAのスタックの最上部に格納します。
2. 0x1（0）に格納されている値をスタックに配置します。
3. 0x2（0x11 = 17）に格納されている値をスタックに配置します。
4. NOP。

0x3

1. リターンスタックの上にスタックの上に格納します。
2. NOP。
3. NOP。
4. NOP。

0x4

1. 乗算ステップを完了します。
2. リターンスタックが0の場合は次の命令に進み、そうでない場合は前のスロットに戻ります。
3. データスタックの最上部に格納されている下降値。
4. NOP。

0x5

1. データスタックの最上部に格納されている下降値。
2. レジスタAに格納されている値をスタックに配置します。
3. 戻ります。

最後の命令が実行されると、スタックの最上部の10進数システムで0xFまたは15が表示され、この例が正しく機能することが確認されます！ GreenArraysのドキュメントを読んだ後、この投稿が空白を埋めるのに役立つことを願っています。



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