Sistemas multiprocessados em chip : reconfigurabilidade e heterogeneidade, economia e compatibilidade binária

Abstract

As limitações resultantes do avanço das tecnologias de integração, como o crescente aumento da densidade de potência, levando à necessidade de redução da frequência de operação dos circuitos somados à necessidade de redução do consumo energético, sejam por motivos ecológicos ou para melhor suprir dispositivos portáteis, trazem a necessidade de maior intervenção e personalização do hardware em relação às exigências do software. Em diversos níveis estas intervenções podem ser aplicadas, onde a granularidade pode variar desde elementos de processamento sendo completamente desativados até processadores tendo apenas unidades funcionais sendo desativadas, memórias cache reconfiguradas em tamanho e associatividade, etc. Entretanto, a reconfiguração do hardware deve atingir todas as etapas destes sistemas para que seja possível atingir redução satisfatória em termos de potência e consumo de energia. Além da integração acelerada de elementos de processamento em um mesmo circuito integrado, a crescente concentração de heterogêneas tarefas em um mesmo dispositivo, leva à integração de elementos de processamento também heterogêneos, e por consequência diferentes comportamentos variando de acordo com a aplicação. Para justificar esta reconfigurabilidade e heterogeneidade dos elementos de processamento este trabalho apresenta um estudo que possibilita a observação da execução de diferentes aplicações em elementos de processamento amplamente reconfiguráveis. Para que a reconfigurabilidade e heterogeneidade possam ser aplicáveis, foi inserida uma ferramenta capaz de manter a compatibilidade entre o elemento de processamento mestre e os elementos de processamento aceleradores reconfiguráveis disponíveis. Os experimentos apresentados baseiam-se na necessidade de manter a menor quantidade de silício ativa, acelerando o código fonte enquanto reduz-se o consumo de energia. Somada a redução de energia, a compatibilidade binária é levada em consideração buscando a manutenção da produtividade quando da utilização de sistemas heterogêneos reconfiguráveis.

The limitations resulting from the advancement of integration technologies, such as the increasing power density, leading to the need to reduce the operating frequency of the circuits added to the need to reduce energy consumption, whether for environmental reasons or to better serve mobile devices, bring the need for greater intervention and hardware customization to the demands of the software. To varying degrees these interventions can be applied where the granularity can range from processing elements being completely disabled until processors having only functional units being disabled, reset cache memories in size and associativity, etc. However, the reconfiguration of hardware should reach all stages of these systems so that you can achieve satisfactory reduction in power and energy consumption. In addition to the accelerated integration of processing elements on a single integrated circuit, the increasing concentration of heterogeneous tasks in a same device, also leads to the integration of heterogeneous processing elements, and therefore different behavior varies according to the application. To justify this reconfigurability and variety of processing elements this work presents a study that allows the observation of the implementation of different applications in widely reconfigurable processing elements. For reconfigurability and heterogeneity may be applicable, a tool to maintain compatibility between the master processing element and accelerators reconfigurable processing elements available was inserted. The experiments presented are based on the need to maintain the lowest amount of active silicon, accelerating the source code while reducing power consumption. Added to energy reduction, binary compatibility is taken into consideration seeking to maintain productivity when using reconfigurable heterogeneous systems.