Dissertação

{en_GB=Exploring processor frontend capabilities via micro-benchmarking} {} EVALUATED

{pt=Nos dias de hoje as empresas de processadores estão em constante competição para criarem os processadores mais eficientes e com melhor performance possível, sendo cada vez mais dificíl à medida que nos aproximamos do limite da lei de Moore. O aumento da complexidade das micro arquitecturas dos processadores dificulta o trabalho de encontrar os factores que afectam a eficiência e a performance que é da responsabilidade de engenheiros de software. Para caracterizar e optimizar aplicações é necessário recorrer a modelos e ferramentas que forneçam informações uteís no que toca à performance da aplicação em determinado micro-processador. Estes modelos utilizam micro benchmarking e hardware counters para obterem as suas métricas, e garantirem resultados mais precisos. Apesar de existirem vários modelos para analisar a performance de aplicações, a maioria foca-se sobretudo no Back End das micro-arquitecturas. Consequentemente, o Front End, que é responsável pela descodificação e envio de instrucões para o Back End, tem sido esquecido, algo problemático considerando o impacto que este pode ter na performance de aplicações. O objectivo desta tese é propor uma nova metodologia para o micro benchmarking do Front End que avalie as suas limitações, de modo a fornecer informações úteis sobre os seus impactos na performance de aplicações. Para atingir este objectivo foram criadas micro benchmarks, recorrendo a hardware counters, e executadas num processador Intel Skylake, para obter resultados relativos às capacidades do Front End da micro-arquitetura e das suas componentes. Por fim foram criadas benchmarks para validar a metodologia proposta em diversos cenários. , en=Nowadays, processor companies aim at achieving higher performing and more efficient processor ar-chitectures, which is not an easy task as we reach the limits of Moore’s Law. To keep up with themarket demands, processors micro-architectures are increasing in complexity, which makes it harder forapplication developers and other professionals to identify the factors that affect application efficiencyand performance. In order to accurately characterize and improve application performance, it is nec-essary to rely on models and tools that provide useful insights on how an application is performing onthe micro-processor. These models use micro benchmarking and hardware counters in order to obtaintheir the metrics, to guarantee more accurate results. Even though there are plenty of state-of-the artmodels used to analyse application performance, most of them focus on the Back End portion the themicro-architecture. Consequently, the Front End of the micro-architecture, which is responsible for thedecoding and issuing of instructions, has been overlooked. Which is an issue considering how it can im-pact and bottleneck application performance. In this Thesis a new methodology of micro-benchmarkingto assess Front End (FE) limitations is proposed, in order to provide useful insights on their impactin application performance. To achieve this goal, a set of micro benchmarks is designed using hardwarecounters and tested on the Intel Skylake micro-architecture to assess the Front End components and theircapabilities. Finally a set of benchmarks are created and used to validate the methodology proposed indifferent scenarios.}
{pt=Performance, Eficiência, Micro Benchmarking, Front End, Caracterização de aplicações, Aplicações de Inteiros., en=Performance, Efficiency, Micro Benchmarking, Front End, Application Characterization, Integer Applications.}

Janeiro 20, 2021, 12:0

Orientação

ORIENTADOR

Aleksandar Ilic

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Leonel Augusto Pires Seabra de Sousa

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Catedrático