Re-enable figure that was accidentally commented out a while back.
[matthijs/projects/internship.git] / Report / Main / Context / Montium.tex
index 3556d5ff6a1444afc82424da4b05e75406e36c0e..aa7ff0555fd61a3203f51f2d3d6492055eccc706 100644 (file)
@@ -1,12 +1,13 @@
 \section{Montium Tile Processor}
+\label{Montium}
 The Montium Tile Processor (Montium) is the main product of Recore Systems. It
-is a reconfigurable processor that is aimed for inclusion in a tiled,
-heterogenous multi- or manycore system on chip (SoC), connected to other tiles
-and the outside world through a network on chip (NoC).
+is a reconfigurable processor that is designed for inclusion in a tiled,
+heterogenous multi- or manycore system-on-chip (SoC), connected to other tiles
+and the outside world through a network-on-chip (NoC).
 
-The Montium has a number of fundamental differences with "regular" processors
+The Montium has a number of fundamental differences with ``regular'' processors
 and DSP engines, that make it both interesting and challenging to program for
-both application programmers and compilers.
+both application programmers and compiler designers.
 
 \begin{figure}
   \epsfig{file=Img/MontiumOverview.eps, width=.5\textwidth}
@@ -15,19 +16,19 @@ both application programmers and compilers.
 
 \subsection{Overall design}
 The Montium is built from a few parts. The central part is the interconnect,
-which ties memories, Arithmetic and Logic Units (ALU) and the Communication
-and Configuration Unit (CCU) together. The memories store data locally, the
-ALU's process data and the CCU moves data and configuration on and off the
+which ties memories, arithmetic and logic units (ALU) and the communication
+and configuration unit (CCU) together. The memories store data locally, the
+ALUs process data and the CCU moves data and configuration on and off the
 Montium. Furthermore, there is a sequencer, which is the closest thing to a
 normal processor in the Montium: It accepts and executes instructions one by
-one, is capable of performing (conditional) jumps and some other limited control
-flow. 
+one, is capable of performing (conditional) jumps and can perform some other
+limited control flow. 
 
 \subsubsection{Sequencer}
 The Sequencer executes its instructions one by one and controls all other
 elements through the configuration registers (CR). To keep the size of sequencer
 instructions limited, while not limiting the flexibility of the other elements,
-two levels of configuration registers is introduced. These registers are wide
+two levels of configuration registers are introduced. These registers are wide
 and contain multiple sets of input signals to the various multiplexers, function
 units, etc.
 
@@ -38,7 +39,7 @@ also means that the Montium is reconfigured on every cycle, for maximum
 flexibility and performance.
 
 Using a two-level configuration register scheme ensures that when a (part of) a
-particular configuration is reused in more then one sequencer instruction, it
+particular configuration is reused in more than one sequencer instruction, it
 does not have to be duplicated entirely. Only the index pointing to the right
 configuration register (which is a lot smaller) is duplicated in multiple
 sequencer instructions. This does of course limit the amount of different
@@ -48,45 +49,47 @@ Montium program.
 \subsubsection{Memories}
 The Montium contains ten memories (two for each ALU). Each of these memories has
 its own Address Generation Unit (AGU), which can generate different memory
-patterns. This means that the instructions or CRs never contain direct memory
+address patterns. This means that the instructions or CRs never contain direct memory
 addresses, only modifications to the current address. Each memory simply reads
-from its current address and offers the value read to the interconnect (which
-can then further distribute it to wherever it is needed). Writing works in the
-same way (though a memory can only read or written in the same cycle TODO: Is
-this true?).
+from its current address and offers the value read to the interconnect, which
+can then further distribute it to wherever it is needed. Writing works in the
+same way, though a memory can only be read from or written to in the same cycle.
 
-\subsubsection{ALU's}
-The main processing elements of the Montium are its 5 ALU's. Each of them has
-four (16 bit) inputs, each with a number of input registers. Each ALU contains a
-number of function units, a multiplier, a few adders and some miscelaneous
-logic. Each of the elements in the ALU can be controlled seperately and data can
-be routed in different ways through configuration of multiplexers inside the
-ALU. The ALU has two output ports, without registers. Additionally, there is a
+\subsubsection{Arithmetic and logic units}
+The main processing elements of the Montium are its 5 arithmetic and
+logic units (ALU). Each of them has four (16 bit) inputs, each with a
+number of input registers. Each ALU contains a number of function units,
+a multiplier, a few adders and some miscellaneous logic. Each of the
+elements in the ALU can be controlled separately and data can be routed
+in different ways by configuration of multiplexers inside the ALU. The
+ALU has two output ports, without registers. Additionally, there is a
 connection from each ALU to its neighbour.
 
-The ALU also has no internal registers, so data travels through the entire ALU
+The ALU has no internal registers, so data travels through the entire ALU
 in a single cycle, to arrive at the outputs before the end of the cycle. This
 means that the ALU can perform a lot of computation in a single clock cycle. For
-example, using four of the five ALU's, an FFT butterfly operation (two complex
-multiplications and four complex additions TODO: Right?) can be exected in a
+example, using four of the five ALUs, an FFT butterfly operation (two complex
+multiplications and four complex additions) can be exected in a
 single clock cycle. The downside of this approach is that the data will have a
-long path to travel over, which limits the clock speed of the design.
+long path to travel, which limits the clock speed of the design.
 
-\subsubsection{CCU}
-The CCU controls communication with the external world, usually a
-network-on-chip. During normal operations, the CCU can take values from the
+\subsubsection{Communication and Configuration Unit}
+The communication and configuration unit (CCU) controls communication
+with the external world, usually a network-on-chip. During normal operations, the
+CCU can take values from the
 interconnect and stream them out onto the NoC, or vice versa. Additionally, the
-CCU can be used from external to the Montium to start and stop execution and
+CCU can be used from outside the Montium to start and stop execution and
 move configuration registers, sequencer instructions and memory contents into
 and out of the Montium.
 
 \subsubsection{Interconnect}
-The central part of the Montium is the interconnect, which is a mostly connected
-crossbar of lines. There are a total of 10 global busses in the interconnect, to
-which every input and output port of the various components can be connected.
-This way, every output of the memories, ALU's and CCU can be routed to every
-input (provided that there are enough global busses). Additionally, each pair of
-memories belonging to a specific ALU can be routed directly to the inputs and
+The central part of the Montium is the interconnect, which is a crossbar
+of lines, of which most are connected. There are a total of 10 global
+busses in the interconnect, to which every input and output port of the
+various components can be connected.  This way, every output of the
+memories, ALUs and CCU can be routed to every input, provided that
+there are enough global busses. Additionally, each pair of memories
+belonging to a specific ALU can be routed directly to the inputs and
 outputs of that ALU, without requiring a global bus.
 
 \subsection{Design changes}
@@ -95,15 +98,18 @@ the original design, a number of flaws or suboptimal constructs have been found.
 In particular, the ALUs are capable of performing a large number of operations
 in a single cycle, but since they operate sequentially, this severly limits
 clock speeds. In the new design, the number of ALUs is reduced, but each ALU is
-subdivided in multiple parallel-operating function units.
+subdivided in multiple parallel operating function units. Also, the Montium has
+only very limited support for control flow, making it hard to program it for
+data dependent control and synchronization, which asks for improvements.
 
-This approach requires computations to be properly pipelined to be efficiently
+This approach requires computations to be properly pipelined to efficiently
 use all those function units in parallel, but since data only travels through
 only a single function unit in each cycle, this allows for much higher clock
 speeds than the old design.
 
-During my internship I have mainly been working with the old Montium design, and
-unless otherwise stated, that is what is meant when referring to the "Montium".
-Some of the work has been done with the new design in mind, but only during the
-final weeks of my internship I have been involved with the new design enough to
-see most of the picture. See section \ref{Pipelining} for more details.
+During my internship I have mainly been working with the old Montium
+design, and unless otherwise stated, that is what is meant when
+referring to the "Montium".  Some of the work has been done with the new
+design in mind, but I have been actually working with the new design
+only during the final weeks of my internship.  See section
+\ref{Pipelining} for more details.