二维SIMD结构的低功耗调度

发布时间：2020-04-05 01:17

【摘要】： 二维SIMD结构是在嵌入式系统中提高多媒体处理能力的有效系统结构。该结构是指N×N个处理单元按一定的拓扑结构连接而成的阵列结构,同行/列的处理单元以SIMD方式工作,不同行/列并行执行。基于这种结构上数据和计算的并行性,它通常被用作多媒体加速部件与通用处理器核集成在一个SOC上,并由通用处理器完成应用程序中串行部分的计算。目前,二维SIMD结构在学术界和工业界都很受关注,许多高校和公司均有基于二维SIMD结构的产品。 由于二维SIMD结构的特殊性和多媒体应用的特点,目前对于二维SIMD结构的研究大多着眼于如何提高程序的并行性从而提高性能,忽略了该结构在功耗方面的问题。随着移动科技的飞速发展,二维SIMD结构作为多媒体加速部件被越来越多的应用到移动设备上,由于电池体积和重量的限制,设备功耗的问题日益凸显。目前低功耗技术在硬件层面上已经发展的相对成熟,如果想要取得更好的性能/功耗比,就要采用软件级的低功耗技术。现在软件级的低功耗技术存在着大量的研究工作,如编译器指导的电压调节技术、关闭空转部件减少系统能量消耗等。 本文在深入分析了二维SIMD体系结构和多媒体应用程序代码的基础上,提出了一种在编译级进行低功耗优化的算法。作为多媒体加速部件,在系统执行串行操作时二维SIMD结构基本处于空闲状态。在执行二维SIMD并行操作时,由于多媒体程序数据类型小、并行性高的特点,并非所有二维SIMD部件都全程参与运算。这就给适时关闭空转的部件,降低时钟动态功耗和静态功耗提供了很大的空间。本文针对这两个时间段内的能量消耗,采用动态关闭空转部件的方法,在编译源码的同时对代码进行分析,寻找合适的位置插入特殊的指令,让二维SIMD功能部件开启或者关闭。硬件结构识别出这些指令,执行开启或者关闭操作。我们修改了在SimpleScalar基础上实现的二维SIMD结构模拟器,并在这个平台上测试了算法优化的结果。实验数据显示算法能够有效的节省系统的能量消耗,同时对性能影响很小,在可接受范围内。本文的主要贡献如下所述: 1.针对多媒体应用程序,提出了一种基于动态关闭空转部件的二维SIMD结构低功耗调度算法。 2.针对二维SIMD结构中不同功能单元的工作特性,分别提出调度方案。 3.针对多媒体程序的特点,提出了二维SIMD结构中存储部件的局部化调度方案。 4.分析实验结果,给出了一些多媒体程序的优化建议,以降低其运行在二维SIMD结构上的功耗。
【图文】：

多个短的SIMD功能单元则只需要进一步发掘sIMD指令的并行性。因此，多个短的SIMD功能单元更有利于编译器的优化。基于这样的考虑，多sIMD结构逐渐成为各个处理器芯片中主要的多媒体加速手段。如图1.2所示。三三三i亚P，三二一二三二三\}一一一一，，、一。P。…单一长sIMD功能单元 OOOP---O代 代 代 代 OOOPIIIOPZZZZZZZOPNNN多个短SIMD功能单元图 1.2单个长SIMD功能单元与多个短SIMD功能单元对比近年来VLSI技术飞速发展，20年前花费上亿美元开发的并行系统现在能以较低的成木集成到一个芯片上来实现。因此多sIMD结构越来越引起学术界和工业界的重视，许多大学和研究机构设计了基于多SIMD结构的多媒体处理芯片。目前多sIMD按其片上Cache的组织形式，可以分为分布式主存多SIMD结构和共享主存多SIMD结构。分布式主存多SIMD结构的每个SIMD功能单元有各自的本地Caehe，t匕较典型的系统如IBM的eell[17]。共享多主存SIMD结构的各个SIMD功能单元共享片上Cache。由于共享主存SIMD结构有比较小的芯片面积和能量消耗?

MorphoSys结构
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332

【共引文献】

相关博士学位论文 前3条

1 姜伟华;针对实际多媒体程序和多媒体扩展指令集的SIMD编译优化[D];复旦大学;2005年

2 朱嘉华;SIMD编译优化方法研究[D];复旦大学;2005年

3 张为华;共享主存多SIMD结构编译优化及结构研究[D];复旦大学;2006年

相关硕士学位论文 前2条

1 张逸n

本文编号：2614329