Hoppa till innehåll
EN In english

Hårdvara/mjukvara konstruktion för att frikoppla exekvering

Diarienummer
SM17-0064
Start- och slutdatum
180101-191231
Beviljat belopp
748 815 kr
Förvaltande organisation
Uppsala University
Forskningsområde
Informations-, kommunikations- och systemteknik

Summary

Moderna datorsystem är begränsade genom minneslatens (the memory wall) samt energiförbrukning (the power wall). Allt oftare finner man att dessa problem kan lösas genom att accelerera delar av program på specialiserad hårdvara som bäst passar det som kännetecknar den delen av programmet. Detta bidrar till en signifikant förbättring av energieffektiviteten såväl som prestandan. Jag har inom detta område brutit ny mark med min metod att frikoppla kod (decoupled access-execute) som behandlar datahämtning (access) och beräkning (execute) för att bäst passa den dynamiska energihanteringen i dagens processorer. Huvudinsikten i arbetet ligger i att frikopplingen kan appliceras helt transparent genom att allokera access- och execute-delen på olika specialiserade kärnor då dessa fundamentalt kräver olika typer av acceleration. Denna metod medför att vi kan angripa både problem med minneslatens och energieffektivitet på samma gång. Målet med denna forskning är att ge Kaxiras möjlighet att tillsammans med ett ledande företag inom processordesign, ARM Ltd., att utvärdera hur man kan accelerera mjukvara med frikopplad access och execute baserat på antaganden utifrån praktiska erfarenheter som beaktas av processortillverkare. Detta samarbete förväntas vara värdefullt för ARM som ges tillgång till nya banbrytande forskningsidéer samt Kaxiras som ges tillgång till de antangande som görs då processortilverkare tar praktiska problem i beaktande.

Populärvetenskaplig beskrivning

Energy-efficiency in computer systems continues to be the grand challenge of our day. More and more we find that the answer to this difficult problem is in specializing the hardware to better match the characteristics of the programs. In general terms this is referred to as workload acceleration. The reason why this leads to better energy-efficiency and higher performance is that hardware that is specialized to execute just a specific function sheds all inefficiencies of a general-purpose machine that must be able to execute any conceivable software. The key challenge is making acceleration easily available to general-purpose software. This project will take an approach developed at Uppsala University that enables better matching of programs to specialized hardware and apply it in an industrial setting. The approach, called decoupled access-execute, transforms programs and separates them into two different phases: accessing memory and processing. These two phases can then be independently matched on different accelerators. The purpose of the project is to assess this approach and to find the answer as to whether it is relevant, or possibly needs to be modified with the help of hardware assistance, to suit real-world workloads and constraints. In particular, the project will apply this approach to the processors and accelerators (starting from the vector accelerators but then moving on to more custom accelerators) of ARM, the leader in energy-efficient processors. The implications of the project are expected to affect multiple industries that extensively use ARM processor technology such as Telecommunications, Automotive computer systems, and Internet of Things (IoT) companies, since acceleration is emerging as the leading solution to both the need for better performance and the need for higher energy-efficiency. The experience gained in this project will be invaluable for the University both for future research but equally importantly for the education of a new generation of computer engineers who will be well versed in cutting-edge approaches to system design.