Adaptable VLIW microprocessor for energy efficiency

• Autor(a) principal: Giraldo, Juan Sebastian Piedrahita
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/147966
• topic: Microeletrônica; Cmos; Microeletrônica; VLIW; Adaptive processor; Energy consumption

O consumo de energia tem sido uma variável cada vez mais importante nos projetos de implementação de microprocessadores nas últimas décadas. A arquitetura VLIW é um exemplo representativo desta tendência, devido ao seu design simples e desempenho competitivo, resultado da exploração do paralelismo entre instruções (ILP) em tempo de compilação. Neste trabalho, é realizada uma análise da economia de energia obtida através da adaptação da microarquitetura dos processadores VLIW de acordo com as diferentes fases dos programas executados. Primeiramente, o potencial de otimização é abordado, através da execução de um grupo de benchmarks no processador configurável ρ-vex, e estudando o impacto da largura do processador (i.e.: número de issues) na performance, consumo de energia, e área. A partir desta informação, um experimento levando em conta o caso ótimo (usando um oráculo) foi realizado com o objetivo de variar dinamicamente a largura do processador de acordo com a fase do programa, considerando duas granularidades diferentes. A economia de energia usando este tipo de adaptação pode ser de até 81,5% comparado com uma versão estática do mesmo processador executando o grupo de benchmarks MiBench. Com base nestes resultados, duas técnicas de power gating nas unidades funcionais são propostas. A primeira é baseada em lógica adicional, inserida no processador, para controlar os circuitos de power gating associados com cada unidade funcional. Mostra-se que estas unidades podem ser desabilitadas em até 63% do tempo de execução para os multiplicadores e 30% para as ALUs, com um custo em performance de 13%, em média. A segunda técnica proposta propõe uma técnica para ser usada em conjunto com o compilador para aplicar power gating nas unidades funcionais, assim como nos blocos do banco de registradores. Esta operação é realizada inserindo instruções específicas em tempo de compilação, tendo em conta a análise das probabilidades de instruções de saltos e informação dos blocos básicos, obtidos através de instrumentação de código. Utilizando este tipo de estratégia, é possível economizar até 20% em energia com perda marginal de desempenho.