Architectural support for approximate computing

Autor(es)

Isaías Bittencourt Felzmann

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Computação
• Data de defesa: 2023-08-04

Membros da banca

Lucas Francisco Wanner; Jorge Castro Godínez; Alfredo Goldman Vel Lejbman; Guido Costa Souza de Araújo; Sandro Rigo

• Orientador: Lucas Francisco Wanner

Resumo

A Computação Aproximada é uma metodologia que proporciona ganhos em eficiência energética ao relaxar requisitos de qualidade em aplicações resilientes. Várias técnicas de hardware, desenvolvidas sem vínculo com uma aplicação, têm potencial de proporcionar grandes benefícios em cenários favoráveis, mas a integração delas em uma arquitetura de propósito geral traz novos desafios para seu controle, tais como determinar, em tempo de execução, que regiões de aplicação se beneficiam de aproximações, que tipos de aproximações são essas, e até que ponto elas são vantajosas. Nesta tese, apresentamos extensões para a arquitetura RISC-V que implementam mecanismos de controle para coordenar múltiplas técnicas de aproximação coexistentes no mesmo sistema. Através dessas extensões, as habilidades de um hardware de aproximação são expostas ao software por meio de registradores para identificação, estruturas de dados e drivers que descrevem a natureza e parâmetros de configuração para cada elemento do sistema aproximado. Isso permite que a pilha de software controle o que e quanto é aproximado em uma aplicação. As aproximações podem ser configuradas e combinadas em tempo de execução, ampliando os horizontes de exploração. Para expor ao software os mecanismos de controle, nós também construímos uma interface em nível de software supervisório contendo uma camada de abstração e permitindo a coexistência de diferentes configurações de aproximação dentre as aplicações que compartilham o processador. Os elementos necessários para esse nível de controle foram implementados em dois níveis: um simulador em software e um protótipo sintetizado para FPGA, que possibilitaram uma demonstração da funcionalidade do sistema e estimativas de custo energético. Nos nossos resultados, selecionamos aproximações para avaliação tanto no simulador como no protótipo em FPGA. Esses resultados destacam a necessidade de integração em nível de arquitetura de aproximações em hardware para melhor avaliação de como aplicações se comportam quando expostas a aproximação. Nesse sentido, esta tese propõe uma nova ferramenta que preenche a lacuna entre o software e hardware de aproximação, permitindo que desenvolvedores avaliem os benefícios e custos de técnicas de aproximação em um ambiente controlado e configurável (AU)

• Processo FAPESP: 18/24177-0 - Suporte Arquitetural para Computação Aproximada
• Beneficiário: Isaías Bittencourt Felzmann
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado