Dissertação

PACKING AND FUSING NARROW-WIDTH VECTOR OPERATIONS FOR ENERGY-EFFICIENT SIMD EVALUATED

Os programadores de software normalmente decidem qual o tipo de dados de uma variável considerando o seu valor máximo esperado, ou simplesmente usando um tipo de dados com elevada precisão. Como os valores reais tendem a ser bastante inferiores a este valor máximo, grande parte da precisão das unidades aritméticas inteiras é desperdiçada. Em instruções vetoriais (ou SIMD) este desperdício da precisão do processador é ainda mais relevante, pois é multiplicado pelos vários elementos do vetor. Esta situação frequente é particularmente explorada neste trabalho através da proposta de novos mecanismos em hardware para (i) manipular elementos vetoriais inteiros de precisão reduzida, removendo os bits de sinal redundantes e compactando os elementos num vetor menor, e (ii) aglomerar (fundir) várias operações vetoriais à espera de execução na fila do processador, para execução simultânea numa única unidade de execução. Quando combinada com as técnicas de bloqueio do sinal de relógio e de alimentação, esta abordagem permite reduzir significativamente o consumo energético das unidades vetoriais, promovendo-se uma optimização dinâmica de cálculos vetoriais de inteiros, com uma penalização reduzida em termos de recursos de hardware e sem necessidade para quaisquer alterações nos ficheiros executáveis. Os resultados experimentais obtidos, baseados na prototipagem destes mecanismos com um modelo do processador ARM Cortex-A76, mostram uma redução do consumo de energia (dinâmica e estática) na unidade de execução vetorial de até 54%, com uma redução mínima no desempenho ou, até mesmo, em certas aplicações, com algumas melhorias ligeiras.
Precisão Reduzida, Unidades SIMD, Bloqueio de Relógio e de Alimentação, Eficiência Energética, Processadores de Uso Geral

Julho 27, 2020, 9:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Pedro Filipe Zeferino Tomás

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Nuno Filipe Valentim Roma

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar