A framework for modeling and simulation of approximate computing in hardware : Uma ferramenta para modelagem e simulação de computação aproximada em hardware

Autor(es)

Felzmann, Isaías Bittencourt

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Data de defesa: 2019
• Orientador: Lucas Francisco Wanner

Resumo

Pesquisas recentes têm introduzido unidades de hardware que produzem resultados incorretos de maneira determinística ou probabilística para um pequeno conjunto de entradas. Por outro lado, permitem um maior desempenho ou um consumo de energia significativamente menor em comparação com versões precisas das mesmas unidades. Como integrar, validar e avaliar essas alternativas em uma arquitetura ou processador, porém, permanece um desafio. A falta de ferramentas para representar e avaliar hardware aproximado leva desenvolvedores a verificar suas soluções de maneira independente, sem considerar interações com outros componentes, exigindo um grande esforço em modelagem e simulação. Neste trabalho, introduzimos ADeLe, uma linguagem de alto nível para descrever, configurar e integrar unidades de hardware aproximado em um processador. ADeLe reduz o esforço de desenvolvimento de hardware aproximado por modelar aproximações em um alto nível de abstração e injetá-las automaticamente em um modelo de processador para simulação arquitetural. Na ferramenta relacionada a ADeLe, aproximações podem modificar ou substituir completamente o comportamento de instruções de hardware através de políticas definidas pelo usuário. As instruções podem ser modificadas deterministicamente ou probabilisticamente (por exemplo, baseado em tensão de operação e frequência). Para proporcionar um ambiente de teste controlado, as aproximações podem ser ligadas e desligadas a partir do software em execução. O consumo de energia é automaticamente computado com base em modelos customizáveis no sistema. Assim, a ferramenta proporciona um método de verificação genérico e flexível, permitindo uma fácil avaliação da troca entre energia e qualidade de aplicações sujeitadas a hardware aproximado. Demonstramos a ferramenta pela introdução de variadas técnicas de aproximação em um modelo de processador, com o qual aplicações selecionadas foram executadas. Ao modelar módulos de hardware aproximado dedicados, mostramos como ADeLe representa unidades aritméticas aproximadas e unidades funcionais de precisão reduzida executando 4 aplicações de processamento de imagens e 2 de computação de ponto flutuante. Com outro método de aproximação, também mostramos como a ferramenta é utilizada para estudar o impacto de memórias alimentadas por tensão ajustável sobre 9 aplicações. Nossos experimentos demonstram as capacidades da ferramenta e como ela pode ser utilizada para gerar processadores virtuais aproximados e avaliar o equilíbrio entre energia e qualidade para diferentes aplicações com esforço reduzido (AU)

• Processo FAPESP: 17/08015-8 - Uma ferramenta para modelagem e simulação de computação aproximada em hardware
• Beneficiário: Isaías Bittencourt Felzmann
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Mestrado