شماره ركورد
34213
پديد آورنده
اميرحسين احمدي
عنوان
طراحي تحليلگر تقريب براي تقسيم كار در پردازنده هاي چندهسته اي تقريبي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق - سيستمهاي الكترونيك ديجيتال
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/19
استاد راهنما
هادي شهريار شاه حسيني
استاد مشاور
هادي شهريار شاه حسيني
دانشكده
دانشكده مهندسي برق
چكيده
استفاده از محاسبات تقريبي (AxC) رويكردي نوين براي بهينهسازي كارايي و كاهش مصرف انرژي در سيستمهاي محاسباتي و پردازندههاي چندهستهاي تقريبي است. در اين روش، به جاي انجام محاسبات دقيق و زمانبر، از الگوريتمهايي استفاده ميشود كه نتايجي با دقت قابل قبول و نزديك به مقادير واقعي ارائه ميدهند. اين امر به ويژه در كاربردهايي كه نيازبه دقت مطلق ندارند (مانند پردازش تصوير، يادگيري ماشين يا شبيهسازيهاي آماري) اهميت مييابد. در پردازندههاي چندهستهاي، تقسيم بهينه وظايف بين هستهها به گونهاي صورت ميگيرد كه با كاهش بار محاسباتي، تعادل بين دقت و سرعت حفظ شود. الگوريتمهاي تقسيم كار در اين زمينه اغلب مبتني بر پيشبيني پيچيدگي وظايف، تخصيص پوياي منابع يا استفاده از روشهاي آماري براي تخمين زمان اجرا هستند. چالش اصلي در اين حوزه، تضمين دقت نتايج در حين بهرهوري حداكثري است به طوري كه خطاي ناشي از تقريب در محدوده مجاز باقي بماند. در اين پژوهش، ابزاري خودكار براي شناسايي و اعمال AxC در برنامههاي چندهستهاي معرفي ميشود كه با بهرهگيري از تحليل ايستا در چارچوب LLVM، بخشهاي تقريبپذير كد شناسايي شده و با استفاده از مدل جنگل تصادفي سبكوزن، تأثير كاهش دقت بر عملكرد پيشبيني ميگردد. در اين تحقيق سه روش «كاهش دسترسي به حافظه»، «حذف تكرار حلقه» و «مقياسبندي دقت اعشاري» به صورت خودكار اعمال شده و نتايج بهدستآمده بر معيارهاي متعددي از جمله MiBench، AxBench و PARSEC اندازهگيري ميشوند. نتايج بهدستآمده نشان مي دهند كه استفاده از روش پيشنهادي ميتواند بهطور چشم گيري مصرف انرژي و زمان اجرا را كاهش دهد. به طور ويژه در سناريوي تركيبي (CAxCT) مصرف انرژي تا 32.1% و زمان اجرا تا 35% كاهش يافت. همچنين در برنامههاي پردازش تصوير و دادهكاوي، خطاي خروجي كمتر از 1% براي MSE و 5% براي دقت طبقهبندي در شبكههاي عصبي مشاهده شد. اين ابزار به كاربران اجازه ميدهد شدت AxC را تنظيم كرده و بين بهبود كارايي و حفظ كيفيت خروجي، تعادل ايجاد كنند. اين پژوهش نشان ميدهد كه AxC در حوزههاي مختلفي مانند سيستمهاي نهفته و برنامههاي بلادرنگ نقش مؤثري ايفا كرده و استفاده از اين روشها را بهعنوان راهكاري كاربردي در اين زمينهها پيشنهاد ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/29
عنوان به انگليسي
Designing an approximation analyzer for work division in approximate multicore processors
تاريخ بهره برداري
12/14/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرحسين احمدي
چكيده به لاتين
Approximate computing (AxC) is a modern approach to optimizing performance and reducing energy consumption in computing systems and approximate multicore processors. Instead of executing exact and time-consuming computations, AxC employs algorithms that return results with acceptable accuracy, close to the true values. This is particularly effective for applications that do not require perfect precision (e.g., image processing, machine learning (ML), and statistical simulation). In multicore processors, tasks are partitioned across cores so that the computational load is reduced while preserving a balanced trade-off between accuracy and speed. Work-distribution algorithms in this context commonly rely on predicting task complexity, dynamic resource allocation, or statistical methods to estimate execution time. The main challenge is to guarantee output quality while maximizing efficiency, keeping approximation error within permissible bounds. In this work, an automated tool is introduced to identify and apply AxC in multicore programs. Leveraging static analysis within the LLVM framework, the tool detects approximation-tolerant regions of code, and a lightweight random forest model predicts the performance impact of precision reduction. This tool automatically applies three techniques— floating point precision scaling (FP Scaling), loop perforation (iteration skipping), and memory access reduction —and evaluates the results on multiple benchmarks, including MiBench, AxBench, and PARSEC. The results show that the proposed approach can significantly reduce both energy consumption and runtime. In particular, in a combined scenario (CAxCT), energy consumption decreased by up to 32.1% and runtime by up to 35%. Moreover, in image processing and data mining workloads, the output error remained below 1% for MSE and below 5% for classification accuracy in neural networks. The tool also allows users to tune the intensity of AxC to balance performance gains against output quality. These findings indicate that AxC plays a substantial role in domains such as embedded systems and real-time applications and support its use as a practical solution in these settings.
كليدواژه هاي فارسي
محاسبات تقريبي , تحليل ايستا , تزريق خطا , تحليلگر تقريب , LLVM
كليدواژه هاي لاتين
Approximate Computing , Static Analysis , Fault Injection , Approximation Analyzer , LLVM
Author
AmirHosein Ahmadi
SuperVisor
Hadi Shahriar ShahHosseini