High - performance implementation of algorithms on reconfigurable hardware

Το πόνημα που ακολουθεί αφορά τον σχεδιασμό ψηφιακών κυκλωμάτων υψηλών επιδόσεων σε συσκευές "προγραμματιζόμενες-στο-πεδίο διατάξεις πυλών" (FPGA). Αυτές είναι συσκευές γενικής χρήσης, προσφέροντας μονάδες επαναδιαρθρώσιμου υλικού για την υλοποίηση ψηφιακών κυκλωμάτων. Η δουλειά που παρουσιάζεται σε αυτήν τη διατριβή είναι διπλή, και κίνητρα για την πραγματοποίησή της αποτέλεσαν υπάρχοντα προβλήματα στους τομείς της Μοριακής Διαγνωστικής και της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών με απαιτήσεις για υψηλών επιδόσεων υλοποιήσεις διαφόρων αλγορίθμων, που ταιριάζουν εξαιρετικά σε συσκευές FPGA. Ως εκ τούτου, είναι οργανωμένη σε δύο κύρια μέρη, ένα για την κάθε εφαρμογή. Η πρώτη εφαρμογή είναι η ανάπτυξη ενός αλγόριθμου ανίχνευσης ακμών, ονόματι Canny, για ένα σύστημα πραγματικού χρόνου που αποτελεί τη βάση ενός συστήματος επίδειξης για μικρορροϊκό εργαστήριο-σε-τσιπ. Η δεύτερη εφαρμογή είναι ο επανασχεδιασμός εκ νέου διαφόρων αλγορίθμων που χρησιμοποιούνται στο FTK, το οποίο χρησιμοποιεί FPGA και ASIC ώστε να ανακατασκευάζει σε πραγματικό χρόνο τις τροχιές των σωματιδίων που παράγονται από τις συγκρούσεις στον ανιχνευτή ATLAS, από τα ίχνη που αφήνουν στα στρώματα των ανιχνευτών πυριτίου. Οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν αφορούν περίπλοκες διαδικασίες αποθήκευσης και ανάκλησης δεδομένων και επεξεργασίας σήματος, με τις καινούριες τους υλοποιήσεις να πρέπει να ανταπεξέλθουν στις αυξημένες απαιτήσεις ροής δεδομένων που θα προκύψουν μετά τις μελλοντικές αναβαθμίσεις του ανιχνευτή. Οι συμβιβασμοί και οι προσεγγίσεις που χρησιμοποιήθηκαν στους διαφόρους αλγόριθμους και οι αιτιολογίες τους, οι στρατηγικές και οι μεθοδολογίες που ακολουθήθηκαν ώστε να γίνουν οι υλοποιήσεις, και τα χαρακτηριστικά και οι επιδόσεις των κυκλωμάτων που προέκυψαν, θα περιγραφούν πλήρως στα κεφάλαια που ακολουθούν.