Known simulations of random access machines (RAMs) or parallel RAMs (PRAMs) by Boolean circuits incur significant polynomial blowup, due to the need to repeatedly simulate accesses to a large main memory. Consider a single modification to Boolean circuits that removes the restriction that circuit graphs are acyclic. We call this the cyclic circuit model. Note, cyclic circuits remain combinational, as they do not allow wire values to change over time. We simulate PRAM with a cyclic circuit, and the blowup from our simulation is only polylogarithmic. Consider a PRAM program $P$ that on a length-$n$ input uses an arbitrary number of processors to manipulate words of size $\Theta(\log n)$ bits and then halts within $W(n)$ work. We construct a size-$O(W(n)\cdot \log^4 n)$ cyclic circuit that simulates $P$. Suppose that on a particular input, $P$ halts in time $T$; our circuit computes the same output within $T \cdot O(\log^3 n)$ gate delay. This implies theoretical feasibility of powerful parallel machines. Cyclic circuits can be implemented in hardware, and our circuit achieves performance within polylog factors of PRAM. Our simulated PRAM synchronizes processors via logical dependencies between wires.


翻译:已知随机存取机(RAM)或并行随机存取机(PRAM)通过布尔电路的模拟会因需要反复模拟对大容量主存的访问而产生显著的多项式级膨胀。考虑对布尔电路进行单一修改,即去除电路图必须无环的限制。我们称之为循环电路模型。注意,循环电路仍为组合电路,因其不允许线值随时间变化。我们利用循环电路模拟PRAM,且该模拟的膨胀仅为多对数级。考虑一个PRAM程序$P$:在长度为$n$的输入上,该程序使用任意数量的处理器处理大小为$\Theta(\log n)$比特的字,并在$W(n)$工作量内停机。我们构造一个规模为$O(W(n)\cdot \log^4 n)$的循环电路来模拟$P$。假设在特定输入上,$P$在时间$T$内停机;我们的电路在$T \cdot O(\log^3 n)$的门延迟内计算出相同输出。这表明强大并行机具备理论可行性。循环电路可在硬件中实现,且我们的电路性能达到PRAM的多对数因子内。被模拟的PRAM通过线间的逻辑依赖关系同步处理器。

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