İşlemci yazmaçlarının güç ve güvenilirlik açısından verimsizliğinin engellenmesi

TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü TOBB University of Economics and Technology,Graduate School of Engineering and Science 2019-12-25T12:25:36Z 2019-12-25T12:25:36Z 2016

Processor register file is one of the most active structures of the processor datapath, interacting with many components in several pipeline stages. However register file has not been well-optimized in terms of energy and data redundancy. In our studies, our goal is to optimize its energy inefficency in the first part and to exploit the inefficient register redundancy for better reliability in the second part. In modern architectures the register file is one of the most energy consuming and frequently used components of the processor. Therefore, reducing the register file power dissipation is critical. In this thesis, we propose schemes that reduce the energy dissipation of the register file by not writing the bits that are not changed. Our schemes rely on the observation that on the average only 10% of the register bits are changed by the instructions at each operation. In this study, we propose a combination of architectural and circuit level techniques that exploit this inefficiency for the register file's write power reduction using an update-based scheme. We show that for a 64-bit datapath it is possible to reduce the energy dissipation of the register file up to 24.85% for individual benchmark programs and by 20.59% on the average across all simulated benchmarks with a negligible performance compromise. Soft errors caused by the cosmic particles or the radiation from the packaging material of the integrated circuits are an increasingly important design problem. With the shrinking feature sizes, the datapath components of the out-of-order superscalar pipeline are becoming more prone to soft errors. Being the major data holding component in contemporary microprocessors, the register file has been an important part of the processor on which researchers offered many different schemes to protect against soft errors. We start with the observation that many of the stored values inside the register file have very small Hamming distances when compared to each other. Af
İşlemcinin yazmaç öbeği birçok bileşenle çeşitli aşamalarda etkileşim içinde olduğundan, işlemci veri-yolunun en aktif yapılarından birisidir. Buna rağmen yazmaç öbeği enerji ve veri yedekliliği bağlamında yeterince optimize edilmemiştir. Çalışmalarımızda hedefimiz ilk kısımda yazmaç öbeğinin enerji verimsizliğini optimize etmek ve ikinci kısımda gereksiz yazmaç yedekliliğinden daha yüksek güvenilirlik için istifade etmektir. Çağdaş mimarilerde yazmaç öbeği işlemcinin en çok enerji harcayan ve en çok kullanılan bileşenlerinden biridir. Bu nedenle yazmaç öbeğinin güç tüketimini azaltmak son derece önemlidir. Bu tezde, değişmeyen bitlere yazmayarak yazmaç öbeğinin enerji sarfiyatını azaltan tasarımlar öneriyoruz. Tasarımlarımız, yazmaç bitlerinin her işlemde ortalama sadece % 10'unun değiştiği gözlemine dayanmaktadır. Çalışmamızda, yazmaç öbeğinin yazma gücünü güncelleme-tabanlı bir yapıyla azaltmak için bu verimsizliği asgariye indiren mimari ve devresel teknikler önermekteyiz. 64-bitlik bir veri-yolunda, yazmaç öbeğinin enerji kaybının bazı gösterge programlar için % 24,85'e kadar ve tümünün ortalamasında % 20,59 seviyesinde azaltılabilmesinin ihmal edilebilir bir başarım kaybıyla mümkün olduğunu göstermekteyiz. Kozmik parçacıklar veya tümdevrenin paketleme malzemesinden kaynaklı radyasyon nedeniyle oluşan geçici hatalar, giderek önemi artan bir tasarım problemidir. Küçülen transistör kapı uzunluklarıyla birlikte sırasız çok-yollu boru-hattındaki veri-yolu bileşenleri geçici hatalara karşı daha da yatkın hale gelmektedir. Çağdaş mikro-işlemcilerdeki veri saklayan başlıca yapı olan yazmaç öbeği, araştırmacıların geçici hatalara karşı korumak için çok sayıda tasarım önerdikleri önemli işlemci kısımlarından olmuştur. Çalışmamıza yazmaç öbeğindeki kayıtlı değerlerin birçoğunun birbiriyle arasındaki Hamming uzaklıklarının çok az olduğu gözlemiyle başladık. Bu analiz sonuçlarını gösterdikten sonra sıfır Hamming uzaklığındaki yazmaç değerlerinin varlığından istifade eden b

Register file; Microprocessors; SRAM; Soft errors; Yazmaç öbeği; Mikroişlemci; Geçici hatalar; Doctoral Thesis

Open access content. Open access content
open

Turkish

TRTET oai:gcris.etu.edu.tr:20.500.11851/2553
1426272287

TOBB EKONOMI VE TEKNOLOJI UNIV
From OAIster®, provided by the OCLC Cooperative.

edsoai.on1426272287