Ultra-Low Energy Domain-Specific Instruction-Set Processors

مصرف‌کنندگان مدرن بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن همراه، دوربین دیجیتال، GPS، PDA و پخش‌کننده MP3 را حمل می‌کنند. عملکرد هر یک از این دستگاه‌ها طی سال‌های اخیر با افزایش شدیدی در تعداد ویژگی‌ها و کیفیت خدماتی که ارائه می‌کنند، تحول مهمی را پشت سر گذاشته است. با این حال، ارائه توان محاسباتی مورد نیاز برای پشتیبانی (ترکیبی از همه این قابلیت‌ها) بسیار بی‌اهمیت است. طراحی پردازنده‌هایی که نیازهای مورد نیاز دستگاه‌های تلفن همراه آینده را برآورده می‌کنند، نیازمند بهینه‌سازی سیستم تعبیه‌شده به طور کلی و پردازنده‌های تعبیه‌شده به طور خاص است، زیرا باید تعادل صحیحی بین انعطاف‌پذیری، کارایی انرژی و عملکرد برقرار کنند. به طور کلی، یک طراح با انعطاف کافی سعی می کند مصرف انرژی (تا آنجایی که نیاز است) را برای یک عملکرد معین به حداقل برساند. با این حال، دستیابی به این هدف در حال حاضر زمانی که به پردازنده به صورت مجزا نگاه می کنیم، پیچیده است، اما، در واقعیت، پردازنده یک جزء واحد در یک سیستم پیچیده تر است. به منظور طراحی موفقیت آمیز چنین سیستم پیچیده ای، تصمیمات حیاتی در طول طراحی هر یک از اجزای منفرد باید با هدف روشن حرکت به سمت بهینه پارتو جهانی در فضای کامل اکتشاف چند بعدی، تأثیر را بر سایر قسمت ها در نظر بگیرد. P>

در طراحی پیچیده و جهانی سیستم‌های تعبیه‌شده با باتری، تمرکز پردازنده‌های مجموعه دستورالعمل ویژه دامنه کم انرژی بر کاوش معماری آگاه از انرژی دامنه است. پردازشگرهای مجموعه دستورالعمل خاص و بهینه سازی مشترک معماری مسیر داده، حافظه پیش زمینه و سازماندهی حافظه دستورالعمل با پیوند به تکنیک های نقشه برداری مورد نیاز یا مراحل کامپایلر در مراحل اولیه طراحی. با انجام یک آزمایش گسترده تجزیه انرژی برای یک پلت فرم کامل تعبیه شده، هر دو تنگنای انرژی و عملکرد، همراه با روابط مهم بین اجزای مختلف شناسایی شده‌اند. بر اساس این دانش، پسوندهای معماری برای همه تنگناها پیشنهاد شده است.

Modern consumers carry many electronic devices, like a mobile phone, digital camera, GPS, PDA and an MP3 player. The functionality of each of these devices has gone through an important evolution over recent years, with a steep increase in both the number of features as in the quality of the services that they provide. However, providing the required compute power to support (an uncompromised combination of) all this functionality is highly non-trivial. Designing processors that meet the demanding requirements of future mobile devices requires the optimization of the embedded system in general and of the embedded processors in particular, as they should strike the correct balance between flexibility, energy efficiency and performance. In general, a designer will try to minimize the energy consumption (as far as needed) for a given performance, with a sufficient flexibility. However, achieving this goal is already complex when looking at the processor in isolation, but, in reality, the processor is a single component in a more complex system. In order to design such complex system successfully, critical decisions during the design of each individual component should take into account effect on the other parts, with a clear goal to move to a global Pareto optimum in the complete multi-dimensional exploration space.

In the complex, global design of battery-operated embedded systems, the focus of Ultra-Low Energy Domain-Specific Instruction-Set Processors is on the energy-aware architecture exploration of domain-specific instruction-set processors and the co-optimization of the datapath architecture, foreground memory, and instruction memory organisation with a link to the required mapping techniques or compiler steps at the early stages of the design. By performing an extensive energy breakdown experiment for a complete embedded platform, both energy and performance bottlenecks have been identified, together with the important relations between the different components. Based on this knowledge, architecture extensions are proposed for all the bottlenecks.