李小泉 131199 硕士论文2盲1

【李小泉的硕士论文】主要探讨了面向分组加密算法的可重构阵列处理单元的优化与设计问题。在微电子学与固体电子学专业背景下，该研究旨在解决随着可重构阵列规模扩大，功能单元冗余和利用率低导致的面积效率下降问题。 论文首先介绍了可重构计算的概念，它具有灵活和高效能的特点，特别适合处理数据密集型任务，如分组密码算法。分组密码算法在信息安全领域起着至关重要的作用，但其对硬件资源的需求随着性能提升而增加。因此，研究如何在可重构阵列中更有效地映射这些算法成为了一个重要课题。 在研究方法上，论文采用了有向顶点活动网络（Directed Vertex Activity Network, DVAN）建模来分析分组密码算法的关键路径，从而提取算法的模式特征、组合特征和次序特征。这些特征为优化PE（Processing Element）阵列结构提供指导，包括阵列的拓扑结构、PE组、PE结构、互连单元以及功能单元的设计。 论文提出了一种参数化的DVAN模型来描述PE阵列，并改进了VF2子图同构算法，以实现密码算法到PE阵列的有效映射。通过评估映射过程中的功能单元利用率，论文实施了多轮反馈迭代优化，以去除冗余和低利用率的功能单元，从而提高PE阵列的面积效率。 在硬件实现方面，论文所述的PE阵列结构采用TSMC 40nm CMOS工艺，工作频率为500MHz，单个PE组面积为0.22mm²。实验结果显示，该设计在30种常见分组密码算法上的平均功能单元利用率达到了25.5%，平均面积效率达到171.7Gbps/mm²。与同类可重构阵列架构相比，功能单元利用率提升了83.2%至168.5%，面积效率提高了57.1%至643.5%，表现出显著的优化效果。 关键词涉及可重构系统、分组密码算法、冗余优化、子图同构和算法映射，表明该研究的核心在于通过优化算法映射和减少冗余，提高可重构阵列在处理加密算法时的效能和资源利用率，对于未来可重构计算技术在信息安全领域的应用有着重要的理论和实践意义。