16562

16562

كدينگ داده در ساختار تركيبي Uncore انرژي كارآمد براي تراشه چندپردازنده‌اي سه بعدي

كارشناسي ارشد

معماري سيستم‌هاي كامپيوتري

مهر ماه 1395

دكتر محمود فتحي - دكتر محسن سرياني

كامپيوتر

چكيده با كوچك شدن فناوري، تعداد اجزاي غير هسته (حافظه‌هاي نهان سطح آخر و شبكه بر روي تراشه) بر روي يك تراشه چند پردازنده‌اي افزايش مي‌يابد. با زياد شدن تعداد هسته‌هاي پردازشي توان مصرفي به يك نگراني اصلي در شبكه بر روي تراشه و حافظه نهان سطح آخر تبديل مي‌شود. فناوري‌هاي جديد، مثل مدارهاي يكپارچه شده سه‌بعدي و حافظه‌هاي غير فرار بعنوان جديدترين راه‌حل‌ها براي طراحي سيستم‌هاي چندپردازنده‌اي آگاه به سيليكون تاريك مطرح مي‌شوند. در شبكه‌هاي بر روي تراشه، تمام اجزا براي هر دسترسي بايد فعال باشند در نتيجه انرژي شبكه بر روي تراشه افزايش مي‌يابد. اگرچه حافظه‌هاي غير فرار مزيت‌هاي زيادي مثل توان نشتي پايين و چگالي بالا دارند اما آنها از نقاط ضعفي مثل تعداد عمليات نوشتن محدود، انرژي بالا و تاخير طولاني عمليات نوشتن رنج مي‌برند. در اين پايان‌نامه ما دو معماري جديد مبتني بر رمزگذاري به نام‌هاي UCA و NoS ارائه مي‌دهيم. معماري اول يعني UCA، مشكل‌ طول عمر كوتاه حافظه‌هاي غير فرار بعنوان حافظه نهان سطح آخر و مشكل تداخل خازني TSVها را به طور همزمان هدف قرار مي‌دهد. اين معماري مقادير داده‌هاي مكرر را در زمان اجرا به منظور كد كردن اين مقادير با استفاده از كدهاي وزني محدود شده تعيين مي‌كند و در نتيجه تعداد تغييرهاي بيتي براي مينيمم كردن انرژي و تداخل خازني را كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين، اين رمزگذاري مي‌تواند طول عمر حافظه‌هاي غير فرار ادغام شده در حافظه نهان سطح آخر را بهبود دهد. نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهد كه روش پيشنهاد شده مصرف انرژي را بطور متوسط تا حدود 27 درصد تحت برنامه محك پارسك كاهش مي‌دهد. در معماري دوم يعني NoS، ما يك روش فشرده‌سازي جديد به نام ZDC براي فشرده كردن ترافيك شبكه بر روي تراشه و همچنين افزايش طول عمر حافظه غير فرار در حافظه نهان سطح آخر ارائه مي‌دهيم. علاوه بر اين، ما بوسيله يك معماري جديد سربار زماني و انرژي استاتيك ناشي از فشرده‌سازي/عدم فشرده‌سازي داده‌ها را محدود مي‌كنيم. آزمايش‌ها نشان مي‌دهند كه فشرده‌سازي ZDC داراي ضريب فشرده‌سازي 46 درصدي است كه نسبت به دو روش فشرده‌سازي الگو مكرر و روش فشرده‌سازي صفر ضريب بهتري ارائه مي‌دهد و همچنين اين معماري انرژي مصرفي را به مقدار 27 درصد بهبود مي‌دهد. واژه‌هاي كليدي: رمزگذاري داده، حافظه نهان سطح آخر، شبكه بر روي تراشه، حافظه‌هاي غيرفرار، انرژي

1395/11/18

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: With technology scaling, the number of uncore components increases on a chip in Chip-Multiprocessors (CMPs). As the number of cores increases, power consumption becomes the main concern in Network on Chip (NoC) an​d Last Level Cache (LLC). Emerging technologies, such as three-dimensional integrated circuits (3D ICs) an​d non-volatile memories (NVMs) are among the newest solutions to the design of dark-silicon-aware multi/many-core systems. In on-chip interconnection networks, components must be activated for each access, consequently the energy of NoC increases. Although NVMs have many advantages like low leakage an​d high density, they suffer from shortcomings such as the limited number of write operations an​d long write operation latency an​d high energy. In this thesis, we propose two new architectures based on coding called UCA an​d NoS. First architecture i.e. UCA simultaneously target the short lifetime of NVM LLC an​d the crosstalk problem of Through-Silicon-Vias (TSVs). This architecture identifies frequent values at runtime in order to encode these values using limited weight codes an​d therefore reduce the number of bit flips to minimize energy an​d crosstalk in NoC. Furthermore, this encoding can also improve the life of NVMs integrated into the LLC. Experimental results show that the proposed method improves energy by about 27% on average under PARSEC workloads execution. Moreover, this technique improves Average Memory Access Time by about 7% on average compared to the conventional methods with SRAM cache technology under PARSEC workloads execution. In second architeture, we propose a novel compression method called Zero-Duplicate Compression (ZDC) to compress network traffic an​d to increase lifetime in Non-Volatile Memories (NVMs) as a Last-Level-Cache (LLC). Moreover, we limit compression by a new mechanism called NoS to reduce delay overhead an​d static energy from compression/decompression. Our experiments show that the ZDC provides comparable compression ratio to two other state-of-the-art compression methods an​d the NoS improves energy consumption an​d performance by about 76% an​d 11%, on average, compared with the traditional architecture, respectively. Keywords: Coding, Last Level Cache (LLC), Nonvolatile Memory (NVM), Network-on-Chip (Noc), Energy.