Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors

With commercial processor design tools, a designer can quickly design a C- programmable ASIP for a specific application domain. There are several such ASIPs available for both wireless (UWB baseband processing), encryption, and biomedical processing (particularly for ECG beat detection). In tradi...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κάργας, Χρήστος
Άλλοι συγγραφείς: Γκούτης, Κωνσταντίνος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2013
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/6295
id nemertes-10889-6295
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Processors
Low energy consumption
Orthogonal instruction-set
VLIW
ASIP
Επεξεργαστές
Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
Ορθογώνιο σύνολο εντολών
621.391
spellingShingle Processors
Low energy consumption
Orthogonal instruction-set
VLIW
ASIP
Επεξεργαστές
Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
Ορθογώνιο σύνολο εντολών
621.391
Κάργας, Χρήστος
Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors
description With commercial processor design tools, a designer can quickly design a C- programmable ASIP for a specific application domain. There are several such ASIPs available for both wireless (UWB baseband processing), encryption, and biomedical processing (particularly for ECG beat detection). In traditional CPUs and DSPs the impact of the instruction-set definition and the complexity of the instruction decoder can be substantial, especially in terms of power consumption. Fully orthogonal VLIW processors, do not incur the cost of an instruction decoder that severely. Instead the instruction word becomes very large, thereby shifting the (power-)cost to the program memory or instruction cache. For the purposes of this thesis a SIMD processor is developed and is compared to a soft-SIMD to observe its area, performance and energy efficiency for a bioimaging benchmark and how the processor description in the ASIP language nML, defines the generated HDL. This SIMD processor is turned into orthogonal and using iterative experiments it is investigated, what is the impact on power while manipulating the instruction-set architecture in combination with the program memory size. It is also investigated how instruction-set re-configuration can be exploited to improve power efficiency. Using this investigation guidelines for low-power ASIP design can be produced.
author2 Γκούτης, Κωνσταντίνος
author_facet Γκούτης, Κωνσταντίνος
Κάργας, Χρήστος
format Thesis
author Κάργας, Χρήστος
author_sort Κάργας, Χρήστος
title Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors
title_short Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors
title_full Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors
title_fullStr Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors
title_full_unstemmed Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors
title_sort energy efficient instruction decoding in application: specific instruction - set processors
publishDate 2013
url http://hdl.handle.net/10889/6295
work_keys_str_mv AT kargaschrēstos energyefficientinstructiondecodinginapplicationspecificinstructionsetprocessors
AT kargaschrēstos apokōdikopoiēsēentolōngiachamēlēkatanalōsēenergeiasseepexergastessynolouentolōneidikouskopou
_version_ 1771297212386508800
spelling nemertes-10889-62952022-09-05T11:16:44Z Energy efficient instruction decoding in application: Specific instruction - set processors Αποκωδικοποίηση εντολών για χαμηλή κατανάλωση ενέργειας σε επεξεργαστές συνόλου εντολών ειδικού σκοπού Κάργας, Χρήστος Γκούτης, Κωνσταντίνος Γκούτης, Κωνσταντίνος Νικολός, Δημήτριος Θεοδωρίδης, Γεώργιος Kargas, Christos Processors Low energy consumption Orthogonal instruction-set VLIW ASIP Επεξεργαστές Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας Ορθογώνιο σύνολο εντολών 621.391 With commercial processor design tools, a designer can quickly design a C- programmable ASIP for a specific application domain. There are several such ASIPs available for both wireless (UWB baseband processing), encryption, and biomedical processing (particularly for ECG beat detection). In traditional CPUs and DSPs the impact of the instruction-set definition and the complexity of the instruction decoder can be substantial, especially in terms of power consumption. Fully orthogonal VLIW processors, do not incur the cost of an instruction decoder that severely. Instead the instruction word becomes very large, thereby shifting the (power-)cost to the program memory or instruction cache. For the purposes of this thesis a SIMD processor is developed and is compared to a soft-SIMD to observe its area, performance and energy efficiency for a bioimaging benchmark and how the processor description in the ASIP language nML, defines the generated HDL. This SIMD processor is turned into orthogonal and using iterative experiments it is investigated, what is the impact on power while manipulating the instruction-set architecture in combination with the program memory size. It is also investigated how instruction-set re-configuration can be exploited to improve power efficiency. Using this investigation guidelines for low-power ASIP design can be produced. Με τη σύγχρονη τεχνολογία σχεδιασμού επεξεργαστών, ο σχεδιαστής μπορεί με ευκολία να σχεδιάσει ένα προγραμματιζόμενο Επεξεργαστή Συνόλου Εντολών Ειδικού Σκοπού (ASIP - Application-Specific Instruction-set Processor) για ένα συγκεκριμένο εύρος εφαρμογών. Υπάρχουν διάφοροι τέτοιοι επεξεργαστές διαθέσιμοι για ασύρματες εφαρμογές, κρυπτογράφηση και βιοϊατρικές εφαρμογές (π.χ. στον αλγόριθμο εντοπισμού χτύπου ηλεκτροκαρδιογραφήματος). Στους παραδοσιακούς επεξεργαστές και επεξεργαστές σήματος (DSP - Digital Signal Processor) ο ορισμός του συνόλου εντολών και η πολυπλοκότητα έχουν μεγάλη επίδραση, ειδικά στην κατανάλωση ισχύος. Μία πιθανή λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι οι ορθογώνιοι επεξεργαστές μεγάλου μεγέθους λέξης εντολής (VLIW - Very Large Instruction Word). Με τον όρο ορθογώνιο επεξεργαστή, ορίζεται ένας επεξεργαστής οριζόντιου σύνολου εντολών, άρα ένας επεξεργαστής στον οποίο μπορεί να υπάρξει κάθε διαθέσιμος συνδυασμός μεταξύ των διαθέσιμων εντολών και των μεθόδων διευθυνσιοδότησης για πρόσβαση στη μνήμη και το αρχείο καταχωρητών. Οι ορθογώνιοι επεξεργαστές δεν επιβαρύνουν τόσο τον αποκωδικοποιητή εντολών. Αντί αυτού το μέγεθος της λέξης της εντολής γίνεται πολύ μεγάλο, και έτσι μετατίθεται το ενεργειακό κόστος στην μνήμη εντολών προγράμματος (program memory )ή την κρυφή μνήμη εντολών προγράμματος (instruction cache). Για τους σκοπούς αυτής της διπλωματικής εργασίας, αναπτύχθηκε ένας επεξεργαστής SIMD, ο οποίος συγκρίνεται με έναν soft-SIMD για να μελετηθούν η απαιτούμενη περιοχή στο ενσωματωμένο, επιδόσεις και κατανάλωση ενέργειας για μία βιοϊατρική εφαρμογή, καθώς και το πως η περιγραφή ενός επεξεργαστή στη γλώσσα περιγραφής επεξεργαστών ASIP nML ορίζει την παραγούμενη γλώσσα περιγραφής υλικού (HDL - Hardware Description Language). Ο επεξεργαστής αυτός μετατρέπεται σε ορθογώνιο, και με τη χρήση επαναληπτικών πειραμάτων μελετάται η επίδραση στην κατανάλωση ενέργειας κατά τη διάρκεια αλλαγών στην αρχιτεκτονική του συνόλου εντολών και του μεγέθους της μνήμης εντολών προγράμματος. Ακόμη μελετάται πως μπορεί να εκμεταλλευτεί ο σχεδιαστής την αναδιάρθρωση του συνόλου εντολών για να βελτιώσει την κατανάλωση ενέργειας. 2013-09-04T06:02:36Z 2013-09-04T06:02:36Z 2012-12-04 2013-09-04 Thesis http://hdl.handle.net/10889/6295 en Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. 12 application/pdf