PreTrans: Enabling Efficient CGRA Multi-Task Context Switch Through Config Pre-Mapping and Data Transceiving

Yufei Yang

doi:10.1109/TPDS.2025.3604815

PreTrans: Enabling Efficient CGRA Multi-Task Context Switch Through Config Pre-Mapping and Data Transceiving

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DOI：10.1109/TPDS.2025.3604815

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动态资源分配保证了CGRA多任务性能，但给CGRA架构引入了广泛的兼容性冲突上下文（配置与数据）。然而，传统的上下文切换方法包括在线配置转换和数据重载，这可能会显著阻塞任务在新资源分配决策下处理输入，导致任务吞吐量受限。为解决此问题，若通过离线预映射准备好兼容配置，则可避免在线配置转换，但传统CGRA映射器需要数天才能完成高质量的全面预映射。此外，通过内存共享也可消除在线数据重载，但传统的仲裁器方法在物理复杂度和内存访问并行性之间难以权衡。PreTrans是首个实现高效CGRA多任务上下文切换的系统设计。PreTrans首先通过软件增量预映射器避免在线配置转换，该映射器重用先前完成的预映射结果，以显著加速后续资源分配决策的预映射，且映射质量损失可忽略不计。其次，PreTrans用硬件数据收发器替代传统仲裁器，以更好地支持消除数据重载的内存共享，使每个瓦片拥有独立内存，在最大化访问并行性的同时不引入显著的物理开销。整体评估表明，PreTrans在流水线和并行多任务场景下实现了1.13~2.46倍的吞吐量提升，并在新资源分配决策生效后立即达到目标吞吐量。消融研究进一步显示，预映射器比传统CGRA映射器快3个数量级，同时保持99%以上的最优映射质量，且在16×16 CGRA中，数据收发器仅引入9.02%的硬件面积开销。

Keyword:

CGRA

multi-task

dynamic resource allocation

context switch

CGRA mapper

CGRA architecture

PreTrans: Enabling Efficient CGRA Multi-Task Context Switch Through Config Pre-Mapping and Data Transceiving

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