Copyright Warning & Restrictions
The copyright law of the United States (Title 17, United States Code) governs the making of photocopies or other reproductions of copyrighted material.
Under certain conditions specified in the law, libraries and archives are authorized to furnish a photocopy or other reproduction. One of these specified conditions is that the photocopy or reproduction is not to be “used for any purpose other than private study, scholarship, or research.” If a, user makes a request for, or later uses, a photocopy or reproduction for purposes in excess of “fair use” that user may be liable for copyright infringement,
This institution reserves the right to refuse to accept a copying order if, in its judgment, fulfillment of the order would involve violation of copyright law.
Please Note: The author retains the copyright while the New Jersey Institute of Technology reserves the right to distribute this thesis or dissertation
Printing note: If you do not wish to print this page, then select “Pages from: first page # to: last page #” on the print dialog screen
The Van Houten library has removed some of the personal information and all signatures from the approval page and biographical sketches of theses and dissertations in order to protect the identity of NJIT graduates and faculty.
ABSTRACT
VECTOR SUPPORT FOR MULTICORE PROCESSORS WITH MAJOR EMPHASIS ON CONFIGURABLE MULTIPROCESSORS
by Hongyan Yang
I ece y ecame i c easi g y i icu o ui ig e s ee u i ocesso c i s ecause o e o ma ce eg a a io a ig owe co sum io e qua a ica y i c easi g ci cui com e i y o a e e e o a io o mo e i s uc io - e e a a e ism (I o co i ue aisi g e e o ma ce ocesso esig e s e ocuse o ea - e e a a - e ism ( o ea i e a ew a c i ec u e esig a a igm Mu ico e ocesso esig is e esu o is e I as o e qui e ca a e i e o ma ce i c ease a o i es ew o o u i ies i owe ma ageme a sys em sca a i i y u cu e mu ico e o- cesso s o o o i e owe u ec o a c i ec u e su o w ic cou yie sig i ica s ee u s o a ay o e a io s w i e mai ai i g a ea/ owe e icie cy is isse a io o oses a ese s e ea i a io o a GA- ase o o y e o a mu ico e a c i ec u e wi a s a e ec o u i (MCwS GA s a s o i e - og amma e Ga e A ay e i ea is a a e a im o i g o y sca a o e - o ma ce some a wa e u ge cou e use o ea i e a ec o u i o g ea y s ee u a ica io s a u a i a a- e e a a e ism ( o e ea is ic imi e y e a - a e ism i e a ica io i se a y e com i e s ec o i i g a i i ies mos o e ge e a - u ose og ams ca o y e a ia y ec o i e us o e icie esou ce us- age o e ec o u i s ou e s a e y se e a sca a ocesso s is a oac cou a so kee e o e a u ge wi i acce a e imi s We sugges a is y e o ec o -u i s a i g e es a is e i u u e mu ico e c i s e esig im eme a io a e a ua io o a MCwS sys em wi wo sca a ocesso s a a s a e ec o u i a e ese e o GA o o y i g e Mic o a e ocesso w ic is a comme cia I (I e ec ua o e y co e om i i is use as e sca a ocesso ; i e e e ime s e ec o u i is co ec e o a ai o Mic o a e ocesso s oug s a a us i e aces e o e a sys em is o ga i e i a ecou e a mu i- a ke s uc u e is o ga i a io o i es su s a ia sys em sca a i i y a e e ec o e o ma ce o a gi e a ea u ge e c ma ks om se e a a eas s ow a e MCwS sys em ca o i e sig i ica e o ma ce i c ease as com a e o a mu ico e sys em wi ou a ec o u i owe e a MCwS sys em wi wo Mic o a es a a s a e ec o u i is o a - ways a o imi e sys em co igu a io o a ious a ica io s wi i e e e ce ages o ec o i a io O e o e a e MCwS amewo k was esig e o easy sca a- i i y o o e ia y i co o a e a ious um e s o sca a / ec o u i s a a ious u c io u i s A so e e i i i y i e e o GAs ca ai e ask o ma c i g a ge a ica- io s ese e e i s ca e ake i o accou o c ea e o imi e MCwS sys ems o a ious a ica io s So e wo k e e ua y ocuse o ui i g a a c i ec u e esig amewo k i co o a i g e o ma ce a esou ce ma ageme o a ica io -s eci ic MCwS (AS-MCwS sys ems o em e e sys em esig esou ce usage owe co sum io a e ecu io a e cy a e ee me ics o e use i esig a eo s e o uc o ese me ics is use e e o c oose e MCwS sys em wi e sma es a ue VECTOR SUPPORT FOR MULTICORE PROCESSORS WITH MAJOR EMPHASIS ON CONFIGURABLE MULTIPROCESSORS
by Hongyan Yang
A Dissertation Submitted to the Faculty of New Jersey Institute of Technology in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Electrical Engineering
Department of Electrical and Computer Engineering
May 2008 Copyright © 2008 by Hongyan Yang ALL RIGHTS RESERVED APPROVAL PAGE
VECTOR SUPPORT FOR MULTICORE PROCESSORS WITH MAJOR EMPHASIS ON CONFIGURABLE MULTIPROCESSORS
Hongyan Yang
So i ios G ia as isse a io A iso a e o esso o E ec ica a Com u e E gi ee i g I
E wi ou Commi ee Mem e a e Associa e o esso o E ec ica a Com u e E gi ee i g I
ie u Commi ee Mem e a e Assis a o esso o E ec ica a Com u e E gi ee i g I
o e o o as-Cessa Commi ee Mem e a e Associa e o esso o E ec ica a Com u e E gi ee i g I
A e a os Ge essio is Commi ee Mem e a e Associa e o esso o Com u e Scie ce I BIOGRAPHICAL SKETCH
Author: o gya Ya g Degree: oc o o i oso y Date: May
Undergraduate and Graduate Education:
• oc o o i oso y i E ec ica E gi ee i g ew e sey I s i u e o ec o ogy ewa k
• Mas e o Scie ce i E ec ica E gi ee i g ei i g U i e si y o os s a e ecommu ica io s ei i g C i a 1 • ac e o o Scie ce i E ec ica E gi ee i g ei i g U i e si y o os s a e ecommu ica io s ei i g C i a I99
Major: E ec ica E gi ee i g
Publications:
Ya g S G ia as a u " eco igu a io su o o ec o o e a io s " Inter- national Journal of High Performance Systems Architecture, o 1 o 9-97 7 S Wa g Ya g u S G ia as "Asymme ica y a ke a ue-awa e egis e i es o ow e e gy a ig e o ma ce " Microprocessors and Microsystems, 7 Ya g S G ia as a u " GA- ase ec o ocessi g o ma i o e a io s " i International Conference on Information Technology: New Generations, as egas USA A i 7 9 9-99 Ya g a S G ia as " GA- ase ec o ocesso o a ge aic equa io so e s " i IEEE International Systems-On-Chip Conference, Was i g o C USA 5 115-11
Ya g S Wa g S G ia as a u " ec o ocessi g su o o GA-o ie e ig e o ma ce a ica io s " i IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI, o o A eg e a i May 7 7-
iv S Wa g Ya g u a S G ia as "Asymme ica y a ke a ue-awa e egis e i es " i IEEE C p t r S t Ann l S p n SI o o A eg e a i May 7 3 3-3 p r nt , n n h n nd C f n Y n
h b nd, Sh n n W n
d ht r, Andr W n
v ACKNOWLEDGMENT
i s o a I wou ike o e ess my ee a si ce e g a i u e o my a iso So i ios G ia as I cou o a e i is e is isse a io wi ou is a ie ce u e s a i g a e cou ageme u i g e as i e yea s is k ow e ge a e e ise i com u e a c i ec u e as co s a y e e a i s i e me o go u e i my esea c I wa o a k im o is e i ma y as ec s is s imu a i g a co s uc i e sugges io s o my esea c ; is a ie ce o e iew a im o e my w i i gs u e s o imes; is ki ess o o i i g i a cia su o u i g my s u y a esea c a muc mo e I a so ea e a o om is o essio a wo k s y e ose wi e o g ea a ue i my u u e ca ee I wa m y a k E wi ou u ie o e o o as-Cessa a A e a os Ge essio is o ei g my commi ee mem e s s e i g ime o e iewi g my isse a io a gi i g me a ua e sugges io s I a so a k my a co eagues i CA o ou i e es i g iscussio s o a ious esea c o ics a e u o ei g oge e I owe my ee es g a i u e o my us a S ua gqua Wa g o is u e - s a i g a e i a y I am ee y i e e o my a e ia yu a g my mo e Cai e g Ya g o ei u co i io a o e a co i uous su o
vii A E O CO E S
C a e age I I O UC IO I 1 1 ec o ocessi g 1 1 I 1 ec o Su e com u e s a ei A ica io s 1 1 ec o ocessi g i Em e e Sys ems 3 I Mu ico e ocesso s 5 1 1 Mo i a io o ei e e o me 5 1 S a e o e A a u u e Mu ico e ocesso s 5 1 3 Co igu a e Com u i g 1 3 1 O e iew o ie - og ama e Ga e A ays ( GAs 1 3 ece A a ces i GAs 9 1 3 3 esig ow 11 1 Mo i a io s a O ec i es I EC O OCESSI G O EM E E A ICA IO S 15 1 A c i ec u e o e ec o ocesso I 1 1 I s uc io Se A c i ec u e I7 1 Sca a U i 1 I 3 ec o egis e i e 19 I ec o Memo y I e ace ( MI e o ma ce esu s 1 e imi a ies o ec o ocessi g 3 S a se i ea Equa io So e 3 e se Ma i -Ma i Mu i ica io 3 S a se Ma i - ec o Mu i ica io 31 3 MU ICO E OCESSO SYS EM WI A S A E EC O U I 33
v
TABLE OF CONTENTS (Continued) C a e age 3 1 Sca a ocesso a GA esou ces 3 3 1 1 Mic o a e So ocesso 3 3 1 i e -5 esou ces 35 3 Sys em esig a O ga i a io 3 3 I ec o Issue ogic 3 3 ec o egis e i e 3 3 3 u c io U i s 1 3 Memo y Co o e 3 3 Sys em Im eme a io o e GA C i 3 3 3 I igi a Sig a ocessi g ( S ocks 3 3 3 igi a C ock Ma age ( CM imi i e 3 3 3 O -C i ock Memo ies 3 3 esou ce Usage o a ious Co igu a io s 5 E O MA CE ESU S A A A YSIS 7 I G o YIQ Co e sio ( G YIQ 7 emo u a io A go i m i Commu ica io Sys ems 9 3 isc e e Cosi e a s o m 5 5 OWE CO SUM IO C A AC E I A IO A ESOU CE MA - AGEME O MCWS SYS EMS 5 5 I esou ce/ owe Mo e i g o e MCwS Sys em 59 5 I I y amic owe Co sum io o oa i g- oi A i me ic U i s 5 1 y amic owe Co sum io o ua - o ock Memo ies 5 1 3 owe Co sum io o Mic o a e w/wo a oa i g- oi U i 5 1 owe Co sum io o e ec o U i o i e e Co igu a io s 5 owe / esou ce-E icie MCwS Sys ems o a ious A ica io s 7 5 I Sca a / ec o E ecu io ime Es ima io 7I
ix TABLE OF CONTENTS (Continued) C a e age
5 A ica io -S eci ic MCwS (AS-MCwS Sys em o owe / esou ce E icie cy 7 CO C USIO S A U U E WO K 1 1 Co c usio s 1 u u e Wo k 3 E E E CES LIST OF TABLES
a e age 1 o - e o E eme ( C a ges i W-Ma i a i io Ge e a io I u S a se Ma ices om e a we - oei g Co ec io i Ou E e ime s 31 3 1 esou ce Co sum io o Si g e- ecisio Im eme a io s 3 3 Co igu a io a Usage o ock Memo ies 5 3 3 esou ce Usage o e ec o U i a e Memo y Co o e I E ecu io imes ( o G YIQ Co e sio E ecu io imes ( o e is a ce Ca cu a io A go i m w e u o O e Mic o a e wi e ec o U i o 1 I u a a 51 3 E ecu io imes ( o e emo u a io A go i m (M Mic o a e IS is a ce U ec o U i 53 ec o a Sca a E ecu io imes a ei a io o e C A go i m 55 5 1 esou ce Usage a y amic owe Co sum io o IEEE Si g e- ecisio Us o e i e -5 GA 5 esou ce Usage a owe Co sum io o a Mic o a e w/wo U Su o 5 3 esou ce Usage a owe Co sum io o e ec o U i Wi ou E a e Co o o ock Memo ies 5 5 y amic owe Co sum io o e AMs a e 5 5 esou ce Usage a owe Co sum io o e ec o U i wi E a e Co - o o e ock Memo ies 7 5 Es ima e E ecu io ime o e emo u a io A go i m 7 5 7 E ecu io ime a esou ce/ owe Co sum io o e emo u a io A - go i m 79
xi LIST OF FIGURES
igu e age 1 1 GA esig ow 11 1 O e iew o e sys em 1 ock iag am o e ec o ocesso ( ec o e g egis e M ec o Mask egis e I7 3 I s uc io o ma s I Sca a ocesso a c i ec u e 1 5 esou ce a owe co sum io o si g e- ock im eme a io o a ec o egis e i e co ai i g ec o egis e s o 3 3 - i e eme s ec o egis e i e o ga i a io a co ec io s wi o e com o e s 7 ecu e ce o em e o ma ce o s a se i ea equa io so e 9 9 e o ma ce o e se ma i -ma i mu i ica io 3 1 e o ma ce o s a se ma i - ec o mu i ica io 3 3 I Mic o a e co e ock iag am [1] 3 3 MCwS mu ico e ocesso sys em wi a s a e ec o u i ( e sca a egis e s a e o s ow i e ec o u i 37 3 3 ec o egis e e ami g a e (R: ese e ; a i 3 3 e o ma o i comi g a ou goi g i s uc io s i I "M I " i ica es w ic Mic o a e issue e o e a io ; " U I " i ica es w ic u c io u i s ou is i s uc io go o (O O co e ese e 3 3 5 Mu i o ec o egis e im eme a io 3 ec o c ai i g I 3 7 ec o c ai i g i a mu i- a e s uc u e ( SU oa /s o e u i 1 G YIQ s ee u o usi g e ec o u i as com a e o o e Mic o a e ocesso wi ou is u i 9 G YIQ o ma i e s ee u (usi g esou ce usage o e ec o u i as com a e o o e Mic o a e ocesso 5
ii LIST OF FIGURES (Continued) igu e age
3 A y ica igi a commu ica io sys em 5 e s ee u o is a ce ca cu a io o e ec o u i o e o e Mic o a e 5 5 S ee u o ma i e y e s ice usage a io o is a ce ca cu a io 5 S ee u o i c u i g a ec o u i i a Mic o a e ocesso o e C a go i m 5 7 S ee u o wo Mic o a es e sus o e Mic o a e o sys ems wi a ec- o u i as a u c io o e a io o ec o a sca a e ecu io imes 57 5 1 y amic owe co sum io o o e memo y ock S e e a e a e 3 5 y amic owe co sum io o e ua - o memo y S e ogg e a e 3 5 3 y amic owe co sum io o a Mic o a e w/wo a U a i e e ogg e a es 5 5 e ce age o owe co sum io a s ice usage o e ec o u i wi e 1- a k co igu a io 7 5 5 O e iew o e oce u e o a c i ec u e em a e c ea io 9 5 Es ima io mo e o e ec o e ecu io ime 7 5 7 I s uc io o i i g o e G YIQ a go i m o e ec o u i 73 5 E o e ce age o e ec o ime es ima io mo e o e G YIQ a go- i m 73 5 9 E ecu io ime a owe es ima io o e MCwS sys em o a ious a a si es a i e e a k co igu a io s o e G YIQ a go i m 7 5 1 o ma i e esig me ic (M o a ious a a si es a i e e a k co - igu a io s 7 5 II o ma i e esig me ics CHAPTER 1
INTRODUCTION
1.1 Vector Processing u i g e as i y yea s ocesso esig e s a e mai y co ce a e o e o i g i s uc io - e e a a e ism (I o im o e e o ma ce; o y ece y a e ey a ie ea - e e a a e ism ( a oac es i c i esig e o me a oac as ea o e e e o me o su e sca a a IW ( e y o g I s uc io Wo a c i ec u es [ ] Su e sca a a c i ec u es a e e i e ca e oi ILP y amica y y a wa e a a e omi a e C U esig o a o g ime is esig a a igm owe e equi es a com e co o u i wi com e i y g owi g e o e ia y; is e e ua y imi is es e e u o issui g mo e i s uc io s [3] A so e ma o i y o a ica io s a e a imi e eg ee o I e u e IW a a igm e ies o e com i e o e oi I a issues eac ime a i e um e o i s uc io s e c e as o e a ge i s uc io I as sim e a wa e as com a e o su e sca a s u equi es a ge i s uc io cac e s ace i c ease i s uc io e c a wi a e y so is ica e com i e s ec o ocessi g a oi s e a o e o ems o su e sca a a IW a c i ec u es o a ica io s ic i a a a a e ism [ ] I was e y commo o su e com u e s ui i e I9 s a 199 s; e i ega o a e away u some e e a ea u es we e ea i e i a a ce mic o ocesso s o o e a io s o s eams o a a e e ease o e Ea Simu a o i e as es su e com u e i e wo o ee co secu i e yea s [ ] e o a esu ge ce o i e es i e ec o a c i ec u e [ ] ec o ocesso s a e ma e a come ack i se e a omai s i c u i g scie i ic com u i g [5 ] mu ime ia ocessi g [7-9] e ecommu ica io s a sig a ocessi g [1 11] A u a a a- e e a a e ism ( i ese omai s a ows ec o ocesso s o o i e ig e eak a sus ai e e - o ma ce a su e sca a IW a c i mu i ocesso (CM esig s [9 I ] I M
1 2
os i a a So y a ou ce e Ce ocesso i w ic co sis s i a o ma y ec o ocesso s a is o imi e o com u e-i e si e wo k oa s oa a a a a s- missio a mu ime ia ocessi g [13] o ay a mos a commo i y C U esig s i c u e some ec o ocessi g i s uc io s y ica y k ow as o e Si g e I s uc io Mu i e a a (SIM y e Mo e i eo game co so es a co sume com u e -g a ics a - wa e i a icu a e y ea i y o ec o ocesso s e o e ies o e ec o a c i ec u e w ic e e i e mos e icie a owes -com e i y a oac o a ay o e a io s a e [ ]
• A si g e ec o i s uc io im ies o s o esse ia wo k; i is equi a e o a e - i e oo im eme e i seque ia ocessi g So e i s uc io e c a eco e a wi s ee e o ee mu i e ee y i e i e u c io a u i s a e ama i- ca y e uce
• Eac e eme i e esu i g ec o is i e e e o e cu e com u a io o o e esu s i e same ec o us mu i e o e a io s ca e e ecu e i a - a e o ec o e eme s a e e ec o a a a a s is mi imi e A mu i- a e memo y-access s uc u e w ic e o es a a a a e ism is esc i e i Su sec io 1 1 ; is s uc u e is owe e icie sim e o esig a easy o sca e [1 ]
• ec o i s uc io s access e memo y wi k ow a e s us e cos o e a e cy o access e mai memo y is amo i e ecause a si g e access is i i ia e o a a ge a o e w o e o a ec o
. . t r S p r p t r nd h r Appl t n ec o ocessi g is a icu a y use u o a ge scie ce a e gi ee i g a ica io s [ ] Ac ua y e ea y su e com u i g a e a was omi a e y ec o su e com u e s I I993 3 ou o e o 5 su e com u e s we e ase o e ec o s uc u e [ ] C ay EC u i su i ac i Co e C C E a I M a e e o e ig e o ma ce ec- 3
o su e com u e s [ ] e e as e e o me o commo i y c us e s ega o ake a ea i g o e i e su e com u i g ie e e i i g om e e o ma ce im o eme o mic o ocesso s [I5]; ec o su e com u e s a ea e o a e o a eca e mos o e com u e a c i ec s e ie e a e u u e e o gs o Massi e y a a e ocessi g (M sys ems ma e om o - e-s e commo i y c i s Some e so s e e e ic e a e ec o s uc u e wi e o imi is e a ue i e su e com u i g a ea a wi e o a y e ace y sys ems ui o m a ge um e s o su e sca a mic o ocesso s [ ] u i EC I c a ou ce e wo s as es su e com u e e Ea Simu a o ase o 51 ec o mic o ocesso s e im ac o e Ea Simu a o oge e wi e e ease o a ew ge e a io o ec o mac i es om C ay e o a e aissa ce o i e - es i e ec o ocessi g s uc u e [ ] ec o ocesso s s i emai e mos e ec i e way o e oi a a- a a e a ica io s [9] ue o e ig commu ica io a e cy o c us e s ec o su e com u e s a e ee wi e y use a wi co i ue o ay a es- se ia o e i ma y a ica io a eas i go e me comme cia a aca emic use [15] ese a eas i c u e s ock i e s ewa s i sig a i e ige ce e e se c ima e e ic io asma ysics a e c [15]
1.1.2 Vector Processing in Embedded Systems Em e e sys ems a e u iqui ous a ca e ou i mos o e e ec o ic o uc s e a e o co sume e ec o ics o ice au oma io ome a ia ces a au omo i es I ece yea s em e e com u i g sys ems a e g ow eme ous y o o y i ei o - u a i y u a so i ei com e i y [1 ] Em e e sys ems a e y ica y si g e- u c io e a a e ig co s ai s o im eme a io I a icu a ey mus o e eac o e e - e a e e s i ea ime a mee ig e equi eme s o si e weig u ge owe a coo i g co sum io [I7] e ec o a c i ec u e is es ecia y sui a e o em e e sys ems a ge i g a ay- ase a ica io s ecause o sim ici y goo e o ma ce a sma co e si e e sim- 4
e a c i ec u e im ies sma a ea ow owe co sum io ow cos a s o esig ime I ca ou e o m e wo a c i ec u es wi e y use i esk o omai su e sca a a IW y a ac o o wo o e o a ay-i e si e a ica io s es i e i s muc owe c ock eque cy [9] wo e ious ec o sys ems we e ui a U C e ke ey o em e e a ica io s o e is O a ec o mic o ocesso [1 ]; e o e is a sca a e ec o me ia- ocesso [1 ] O i i es e ce a ec o egis e i e i o mu i e a es w e e eac a e co ai s a s ice o ec o egis e s Eac a e a so co ai s a a a a o a u c io u i so a a a a e ism ca e easi y em oye ecause e e is o a a e e e cy e wee e eme ca cu a io s [1 ] e sca a e ec o me ia- ocesso o o y uses e mu i- a e s uc u e u a so a c us e o ga i a io w ic i i es e se o ec o egis e s i o i e e c us e s w e e eac c us e co ai s a o e se A commu ica io e wo k is use o a s e e a a i ec o egis e s e wee i e e c us e s w e ee e i e e u c io u i s a e co ec e wi e c us e s o ac ie e ILP. O e o em i co e io a ec o ocesso esig is a e com e i y a si e o e ce a i e mu i- o ec o egis e i e imi s e um e o u c io u i s [19] o o ese a c i ec u es ca so e e o em a e a e ca a so i e o g memo y a e cies [1 1 ] Mu ime ia a e ecommu ica io s e c ma ks om e Em e e Mic o oces- so s e c ma k Co so ium (EEM C [ ] we e u o e a e a esu s s owe a e ec o ocesso is wo imes as e a a -way su e sca a ocesso u i g a i e imes ig e c ock eque cy; i is a so e imes as e a a 5-way o -way IW e- sig I a so s owe a e ec o mic o ocesso as sma e co e si e a ess owe co sum io as com a e o ISC IW a su e sca a a c i ec u es [9] 5
1.2 Multicore Processors 1.2.1 Motivation for Their Development I e 199 s com u e e o ma ce was i c easi g acco i g o Moo e s aw i e a ge y y i c easi g a sis o e si y acce e a i g o e a i g eque cy a e o i g mo e ILP. u e i cou kee u e e o ma ce i c ease was e ce e yea i e 199 s u s owe o e ce om o ; e i eac e o y e ce a e [ 1] o ay i cos s wice e c i a ea o gai a e ce s ee i c ease wi a u i ocesso e easo ies i wo ac s O e is a ea ma ageme is ecomi g a e y se ious o em wi a sis o si e ec eases eakage owe co s ai s eque cy acce e a io [ ] e o e is a o e su e sca a a IW wo wi e y use a - c i ec u es i mo e com u e s a oac e e o ma ce imi s o e o i g I ecause o qua a ic i c eases i owe a ea a wa e co o o com i e com e i y [3] e imi is i g e u s o ui i g mo e com e u i ocesso s o ce esea c e s o c a ge ei esig i oso y owa im o i g e o ma ce a ma agi g owe co sum io As a esu c i ocesso make s a e u e i o mu ico e ocesso esig s I ca o e ia y e o e o o i e i c ease si g e-c i com u a io a ca a i i y wi ou equi i g a com e mic oa c i ec u e Mu i e co es a i g e same mic oa - c i ec u e a e i eg a e Ge e a y ese co es a e a s a e cac e a eac co e is equi e wi i s ow coo i g su o ey o o ecessa i y u as as as si g e-co e mo e s u ey ca im o e e o e a e o ma ce y a i g mo e wo k i a a e [ I] us sim e mu ico e ocesso s ca o i e e e e o ma ce e wa o a gi e a ea a mo e com e si g e-co e com e i o s [ 3] e sim ici y o ei a c i ec u e a so o e s ew o o u i ies o sca a i i y a e ma co o
1.2.2 State of the Art and Future Multicore Processors ocesso make s ike I e AM IBM a Su a e i o uce mu ico e c i s o se e s esk o s a a o s [ 1] I e as s i e Co e uo Co e uo a eo 6
( se ies mic o ocesso s wi ua -co e ec o ogy; i a so o i e i qua - co e e sio s o e Co e c i ca e e Co e Qua a Co e E eme [ ] A so i as e e o e a -co e ocesso o o y e a ca e o m a i io oa i g- oi o e a io s e seco a 3 1 G a is ocesso wi e o e ou wi i e e i e yea s Mo eo e I e as mo e a 15 mu ico e ocesso o ec s u e way a e a c i ec u e is e ec e o o o e s o e e u e s o ocesso co es i a si g e ie [ ] AM a so as e ease i s ua -co e O e o se e /wo ks a io ocesso s e A o ami y esk o a e u io o a o s i 5 a a qua -co e O e o ocesso i 7 [ 5] I M as a ou ce i s ua -co e c i s OWE a OWE S Su Mic osys ems i o uce i s ua -co e c i U aS A C I ea y i 3 a u ei e e U aS A C i i 5 Su s i s mic o ocesso a is o mu ico e a mu i ea e e U aS A C 1 is a ai a e wi ou si o eig C U co es a eac co e is a e o a e ou ea s co cu e y us e ocesso is ca a e o ocessi g u o 3 ea s co cu e y [ ] I is wi e y e ie e y com u e a c i ec s a u u e mic o ocesso s wi e a s i c u e u e s o e e ousa s o co es i a si g e ie [ 7] I s i e y e as e e o me o mu ico e esig s acce e a o s o o y e o GA oa s o mu ico e ocesso s a e u e e e o me y g ou s o esea c e s i u i e si ies a com a ies ey aim o ui esea c a o ms o mu co e/mu i e ocesso esig s wi u o ousa s o co es i a wa e/so wa e I s i o e o o i e ig y accu a e e o ma ce e ic io a ame e i e eco igu a io a e e - si e mo i o i g Suc acce e a o s a e su ose o o i e mu i e o e s o mag i u e s ee u o e so wa e- ase simu a o s o mu ico e ocesso esig s [ 7] W i e mos o e cu e mu ico e ocesso s o y i c u e omoge eous ge e a ocessi g co es i cou e omisi g o i c u e e e oge ous co es i e mu ico e e- sig [ 3 ] amewo ks o e e oge ous mu ico e a c i ec u es we e s u ie i [ 9] ey ie o o i e a o ms o i eg a i g i e e co es e i y w i e 7 o e i g e ecessa y so wa e su o o a ica io sc e u i g a a simu a io e i- o me o mu ico e esig s A e o ma ce-asymme ic mu ico e esig w e e i i- i ua co es a e i e e com u e ca a i i ies was a so esc i e i [ 3] W i e a ew ig - e o ma ce com e co es ca o i e goo se ia e o ma ce equi e y si g e ea s ma y ow- e o ma ce sim e co es cou o i e ig e e o ma ce I was emo s a e a some eg ee o asymme ic e o ma ce is e e icia o a icu a a - ica io s Mu ico e esig s mi e wi mu i ea i g a y e ea i g a ici a s suc as e U aS A C a ou ce y Su cou i c ease com u e e o ma ce e e u e [ ] ig e e o ma ce ca a so e e ec e om i eg a i g s ecia - u ose ocesso co es i mu ime ia ocessi g s eec ecog i io e wo ki g a ica io s e c [ ] O e o e a su s a ia e o as ee ma e o im o e so wa e su o o a a e og ammi g o mu ico e ocesso a o ms I e o i es a um e o com i e s so wa e imi i es a oo s aimi g a e a i g a a e og ammi g o i s ocesso s AM o e o e a as a ou ce a s o e e e i s uc io se o ease e o o og ammi g mu ico e ocesso s Mu ico e ocesso s a so o i e ew o o u i ies i e ma ma ageme a sca a i i y ecause o mu i ea i g/mu i aski g Ma y ew i o a io s esig e o o - imi e owe e o ma ce i e co ec i i y a sca a i i y a e ee im eme e o mu ico e ocesso s [ 3 3 31] Mu ico e ocesso s a e ee use o ma age we a ica io s (Su Mic osys- ems/U aS a c 1 [3 ] game co so es (I M So y os i a/Ce [33] a a s o age e wo ks (Ca ium e wo ks/Oc eo image ocessi g ( a o /KC 5 wi e ess com- mu ica io s ( icoC i / C e c 8
1.3 Configurable Computing Com u a io -i e si e a ica io s a e a g ea c a e ge o co e io a i s uc io se ocesso s ue o e a e s u e yi g seque ia a c i ec u e ASIC esig s wi a u - a ca cu a io u i s a e e y e icie o suc asks u ey a e esi ie o o e ia mo i ica io s equi e o i ew a ica io s is makes e ASIC a oac o i i i e y e e si e o sma o uc io s a i es esig e s o sea c o e i e so u io s Co - igu a e o eco igu a e com u i g o i es a way o com i e e e i i i y o mi- c o ocesso s a e im eme a io e icie cy o ASICs I as u e e is i c io e wee a wa e a so wa e a e e i s om e a a ages o o [3 ] Co ig- u a e com u i g as emo s a e i s su e io i y i ma y a ica io omai s a ma y co igu a e com u e sys ems a e ase o GAs I is sec io we wi i o uce e GA ec o ogy wi ece e e o me s a make i easi e o o m com u a io e eme s
1.3.1 Overview of Field-Programable Gate Arrays (FPGAs) A e ei i e io y e i i a i 19 e GA ec o ogy as e e o e a i y i o ca aci y a e o ma ce ake e e am e o e i e -5 se ies a ew 5 m GA a ou ce y i i I c I o e s u o 51 s ices wi eac s ice co - ai i g ou -i u ook-u a es ( U s ou s o age e eme s wi e- u c io mu i- e e s a ca y ogic 1 use I/Os I M i s o 3 K i ock AM a 3 M i s o is i u e AM us a a u a ce o a e e i e ec ua o e y (I ocks I o- i es 3 % ig e s ee 35% owe y amic owe a 5% ess a ea a e e ious ge e a io i i GA i e - A i io a y GA o i e s co i ue o ec ease ei ice e cos o ogic ce s as ee e uce 3 - o om ei i o uc io o as i e as ess a 5 ce s e 1 ogic ce s A oug GAs a e is o ica y ee use as "g ue ogic" o co ec a ious o e e eme s wi i a sys em o o e ace a ASIC o o y e ey a e ow wi e y use i se e a i e se omai s ecause o ei a a ces 9 i ca aci y a e o ma ce o i e mai y y e as cou e o GA ge e a io s e ece y im o e com u a io a owe o GAs as a so a ac e mai s eam ig - e o ma ce com u i g com a ies C ay s 1 su e com u e com i es AM O e o ocesso s wi GAs o acce e a e com u a io s is co igu a e su e com u e ca yie o e s-o -mag i u e s ee u s Si ico G a ics a so i c u es GAs i i s A i a o m [35] As GAs a e ma u e esea c e s we e quick o ecog i e ei o e ia a ey soo ecame e mos commo e ices i co igu a e com u i g Ma y eco igu a e sys ems a e ase o GA ec o ogy ey ca e c assi ie i i e g ai e a coa se g ai e a c i ec u es acco i g o e com e i y o e owes e e esig ; o c ose y cou- e a oose y cou e a c i ec u es acco i g o e o imi y o e os mac i e [3 ] ese sys ems i c u e S as [3 ] EE [37] A Me [3 ] M a M- [39] O G a O G II, SPYDER, E CO e c e o ma ce i c ease o o e s o mag i u e as ee e o e i a ious a ica io a eas suc as mu ime ia wi e ess commu ica io s a sig a ocessi g [3 ]
1.3.2 Recent Advances in FPGAs Mos o e ece ge e a io GAs a e ca e a o m GAs as com a e o e ious o uc s w ic we e ase o i e-g ai eco igu a e a c i ec u es e e m " a o m GA" e ese s a coa se-g ai a c i ec u e wi e i eg a io o a wi e a ie y o a a so I co es o a si g e e ice e og amma i i y o is coa se-g ai a c i ec- u e g ea y e uces sys em e e o me ime a com e i y as com a e o i e-g ai GA a c i ec u es a o m GAs ge e a y o i e e y o DSP ocks a ge o - c i memo ies a a o o I co es suc as ig -s ee a scei e i ks so is ica e memo y co o e s a e wo k i e aces ake e e am e o e ewes i i GA i e -5 se ies i o i es a ui -i CI e ess e oi ock w ic su o s a u iq- ui ous se ia co ec i i y s a a se e a ui -i E e e MAC ocks a 1 5G s 1 se ec O i some mo e s I a so o i es u o S E s ices wi eac o e e - a ce s ices co ai i g a 5 1 mu i ie a a - i a e a g ea y im o es e sig a ocessi g a i i y ese S ocks ca e a e si g e- ecisio oa i g- oi ma w ic was a im ossi e ask o ea ie GAs a wi e i e s A o e im o a ea u e o i e y a o m GAs is e em e e mic o o- cesso e GA ocesso ca e o e " a " co e o "so " co e y e a ocesso s a e mic o ocesso s a a e ee i use i o e si ico o e GA simi a o isc e e ocesso s owe e i e GA e C U is su ou e y og amma e ogic w ic ca e co igu e o e o m o e u c io s a ca e cou e ig y wi e C U [ ] e I M owe C is a a ocesso w ic ca e ou i some i i e ices suc as e i e -II O S a a -3 a i e - se ies c i s A is a o e a ocesso use i e A me S IC e ice i com i a io wi A me s og amma e ogic a c i ec u e So ocesso s a e mic o ocesso s a a e im eme e y e use usi g e ogic imi i es o e GA ey o i e ecessa y e eme s a ea e co o o e use o c oose o io a ea u es w ic may i c u e cac es a ious a i me ic u i s Us e ug ogic a o e u c io mo u es o a icu a a ica io equi eme s e Mic o a e is a 3 - i so ocesso a ico a e is a sim e a e a i e wi a - i a a us ma e a ai a e om i i ios a iosII a e 3 - i so ocesso s o i e y A e a O e so co es i c u e e o e sou ce a iceMico3 a a iceMico as we as i - a y (ei e comme cia o ee ocesso co es e key e e i s o usi g a so ocesso i c u e co igu a i i y o a e o ice a e o ma ce as e ime o ma ke easy i eg a io wi e GA a ic a o ocesso o so esce ce [I] I is easy o c ea e a cus om ocesso wi e e ac mi o e i e a s memo y i e aces a a wa e acce e a o s o a gi e a ica io e um e o so ocesso s a ca e i s a ia e i a e ice is o y imi e y e GA s ogic esou ces e um e o a ocesso s co e se y is i e i a a icu a GA W i e so I co es o i e e i i i y o e use e o imi e esig ec iques o 11
a I ocks e su e ow a ea/ owe co sum io a su s a ia y e e e o ma ce as com a e o y ica u -o imi e esig s ei coa se-g ai e a c i ec u es a e em e e mic o ocesso s a e ma e - GAs easi e c oices i e ig - e o ma ce com u i g a ea GA- ase SIM /MIM sys ems [ 1- ] ec o mic o ocesso s [ 5- ] a o e eco igu a e sys ems [3 ] a e e o e im essi e e o ma ce im o eme o a ica io s om a ious omai s
1.3.3 Design Flow ig 1 1 s ows e a i io a GA esig ow Ou esig o ows is co e io a e- sig ow a Mo e Sim is use o ga e- e e simu a io Sy i y o a i i S a e use o sy esis a i i ace-a - ou e oo s a e use o u e esig o GA c i s O e e e o me oo s suc as i a o S a i ge Sys ems [ 9] a Co e- i e o A a o is Mic o Sys ems[5 ] aim o o i e a e a i e og ammi g s y es o GA esig s a ge i g s eci ic sys ems ey o i e use ie y g a ic i e aces a i co o a e a u c o ig e o ma ce I co es e use ca us use a " ag a o a oac " ei e e i is s o esig ime a e e o me a oes o esce
igu e 1 1 GA esig ow 12 i o ow- e e a wa e e ai s u o e o e a ey imi e esig e s co o a e e o e e a wa e im eme a io ca e a y u y o imi e Ou e e i- me s s ow a a ocesso w i e i a u i g a I M o e A a o is Wi S a -II oa ca o y u a M w e esig e y Co e i e
1.4 Motivations and Objectives I is ecomi g i c easi g y i icu o ui ig e e o ma ce u i ocesso c i s e- cause o e com e i ies i ma u ac u i g a owe ma ageme O e o e a e qua a ica y i c easi g ci cui com e i y o i s e e o a io o mo e I w ic is a yway a e imi e i e ma o i y o og ams o co i ue aisi g e e o ma ce si ico esig e s e ocuse o TLP o ea i e e ge e a io ocesso s Mu ico e o- cesso esig is e esu o is e I ca o e ia y e o e o o i e i c ease si g e-c i com u a io a ca a i i y wi ou equi i g a com e mic oa c i ec u e I as us ee eeme o e e mos im o a e i com u e a c i ec u e a as ee o- uce o se e s esk o s a a o s y ma o ocesso c i make s ike I e AM Su a I M O e o e a i e em e e sys em ma ke e e o e s a e ee wo ki g wi mu ico e e ices o yea s o e am e e A e i O ea u es ua 9 M A M7 MI ocesso s; e gi ee s a EC a e e e o e a ocesso o ce u a e e- o es a i c u es ee A M ocesso co es i a si g e c i aime o im o e e mu ime ia ca a i i ies o ce o es e as I s ume s I c ( I wi i o uce wo mu ico e S s o wi e ess i as uc u e A M a ea e com a y i em e e sys- em esig e e o e i s mu ico e em e e ocesso A M11 M Co e w ic ca e co igu e o co ai o e o ou ocesso s [51] A oug mu ico e ocesso esig s ca oos sys em e o ma ce y e o i g o a I a ca so e e owe ma ageme o em ei a i i y o u i i e is s i imi e Si ce ec o ocessi g is e mos e icie way o e o e a
ec o o e a io s a e a e commo i em e e a ica io s i c u i g a ec o o- cessi g u i i e em e e mu ico e ocesso ca i c ease e sys em e o ma ce i ma y cases A oug cu e ge e a - u ose ocesso s o ma y su o e a o- ca e a wa e esou ces a e qui e imi e [9 5 ] We o ose a some a wa e u ge i mu ico e ocesso sys ems e use o ea i e a s a e ec o u i o g ea y s ee u com u a io s o a ica io s a u a i As e um e o a sis o s ou es i a ou I mo s (Moo e s aw e ee o s a e ec o u i s i mu ico e esig s wi ecome e e mo e im o a us ou esis is a a e a im o i g o y sca a o e o ma ce we cou s e some o e a wa e u ge o ea i e a ec o u i w ic wi g ea y s ee u com u a io s o a ica io s a u a i o e ea is- ic imi e y e a ica io i se a e com i e s ec o i i g ca a i i ies mos o e ge e a - u ose og ams ca o y e a ia y ec o i e o e icie esou ce usage o e ec o u i s ou e s a e y se e a sca a ocesso s e s eci ic o ec i es o is isse a io a e as o ows
• esig a im eme a ec o mic o ocesso w ic ca o i e sig i ica s ee u s o ec o -o ie e com u a io -i e si e a go i ms wi ow e e gy co sum io
• ui a GA- ase o o y e o a mu ico e ocesso sys em wi a s a e ec- o u i w ic s ou e a e o e i e ig e e o ma ce as com a e o mu i e sca a ocesso s u e e same a ea u ge o some u o a ia y ac o i a e a ica io s
• e esig e sys em s ou su o ig - e e a guages a com i e s
• e sys em s ou su o mo u a a wa e im eme a io
• e c ma k e o o y e o em e e a ica io s
us e a ge is a ec o ocesso esig amewo k sui a e o em e e sys- ems i mu ico e ocesso e i o me s wi a s a e ec o u i (MCwS e ec o 4 u i s ou su o massi e oa i g- oi ca cu a io s ge e a y a ime-co sumi g com- o e i scie i ic com u i g e esig s ou e easi y co igu e wi es ec o e ki s/ um e o u c io u i s i o e o ma c a ious a ica io equi eme s MCwS s ou e a e o ake a a age o ma u e og ammi g a guages a com i e ec o ogies y usi g ocesso I s suc as Mic o a e w ic is a comme cia 3 - i ISC ocesso e ec o u i s ou e co ec e o e sca a ocesso s wi s a - a us i e aces o o i e ease o sca a i i y a co e o a i i y Co si e i g e i e e e i i i y o GAs a ue ei ( e co igu a io ca a i - i y a MCwS a c i ec u e em a e s ou e ui ase o a eo s i o i g esou ce co sum io a e o ma ce CHAPTER 2
VECTOR PROCESSING FOR EMBEDDED APPLICATIONS
As s a e e o e a ec o mic o ocesso as muc sim e a wa e a c i ec u e a owe e e gy co sum io a IW a su e sca a ocesso s A i is o a y e mos e icie way o ea wi a ica io s a a e a u a a a a a e ism a i e a a euse A so as s ow i [1 ] e eg ee o ec o i a io ca e cee 9 % o mos e c ma ks i e E Em e e Mic o ocesso e c ma k Co so ium (EEM C [ ] A o ese make ec o ocessi g a e y com e i i e c oice o em e e sys- ems I is c a e a ec o ocessi g sys em wi wo i e ica ec o ocesso s is o ose a im eme e o e A a o is Wi S a II oa [53] Eac ec o mic o- ocesso as a u a a a e ca cu a io u i s a su o s oa i g- oi ca cu a io s S ecia i e a wa e a es ec i e use i s uc io s o e icie s a se ma i o e a io s we e im eme e as we o es i s e o ma ce e se ma i -ma i mu i ica io s a se ma i - ec o mu i ica io a a s a se i ea equa io so e wi i u ma i- ces om a ious a ica io omai s a e u o e sys em [ 5- ] Ou com a iso wi a comme cia C emo s a es a ou im eme a io is e y e icie es i e i s ow eque cy Ou esig e mi s ge e a - u ose og amma i i y a ca e a ie o o e a ica io a eas as we Suc a ica io s a i g simi a y es o a a a a e ism cou e e i om e uce cos s a sma e e ecu io imes o ou ec o ocessi g sys- em Wi co i ue a a ces i GA ec o ogies e e ec e i c ease s ee s a e si ies cou yie muc e e e o ma ce i e ea u u e o suc com u a io a y i e si e o ems o GA- ase ec o im eme a io s
15 6
o a ea/ owe e icie cy e ec o ocesso is o ga i e i eig a ks; eac a k as a o e ec o egis e i e a wo a i me ic u i s e memo y is a so i i e i o eig a ks o o i e ig e a wi
2. Ar h t t r f th t r r r Ou ec o ocessi g sys em i c u es wo i e ica og amma e ec o mic o ocesso s em e e i wo i i i e -II C c i s o e A a o is Wi S a II oa [53] e A a o is oa ca e mou e o e os mac i e oug a CI socke [53] i a ies i e os mac i e a i e s o e oa a e o i e o a a a smissio s e wee e o -c i /o -c i memo ies a e os Ou wo ec o ocesso s commu- ica e wi e os mac i e ia a o -c i ua o memo y e os mac i e assig s wo k o em ase o ei eques s a e oa a a ce Eac ec o ocesso u s a 7 M a su o s e IEEE 75 si g e- ecisio oa i g- oi s a a a e icie im eme a io o s a se ma ices e o e iew o e sys em is s ow i ig 1 e ec o ocesso is com ose o a ec o co e a a ig y cou e i e-s age i e i e sca a u i as s ow i ig I is o ga i e as a a a a c i ec u e wi
igu e 1 O e iew o e sys em
igu e ock iag am o e ec o ocesso ( ec o e g egis e M ec o Mask egis e se a a e us i e ace u i s o i s uc io a a a access e sca a ocesso e c es a eco es i s uc io s I oes e ac ua wo k o sca a comma s a o wa s e ec o i s uc io s o e ec o co e e ec o co e is s uc u e as eig a a e a es w e e eac a e co ai s a o io o e ec o egis e i e a oa i g- oi mu i ie a oa i g- oi a e a co ec io o e eig - a k memo y sys em I ca o uce u o eig esu s a ge a ma imum o eig a a i ems om e memo y a ks e c ock cyc e
2. . In tr t n S t Ar h t t r Ou ec o ocesso as a ISC a c i ec u e su o i g i s uc io s e e a e 1 sca a i s uc io s i e a eas o a a a s e a i me ic o e a io s a og am co o e o e eig i s uc io s u i e ec o mo e o a a a s e s a a i me ic o - e a io s e a e i s uc io s a e o y e A o y e as s ow i ig 3 y e A i s uc io s use u o wo sou ce egis e s a o e es i a io egis e y e i s uc io s use o e es i a io egis e a a 1 - i imme ia e o e a A oug we o o ee eig i s o e ese e o co e o egis e s i is a goo c oice o a ossi e e e sio 8
igu e 3 I s uc io o ma s
o e i s uc io se o egis e o u a io s i e u u e wo a essi g mo es a e use i ou esig i ec a egis e i e e
2. .2 S l r Un t e sca a ocesso i ou sys em su o s 1 i s uc io s o co o egis e a mem- o y access a a i me ic o e a io s e e is a i e-s age i e i e ( e c eco e e ecu e memo y access a w i e ack i i as s ow i ig is sca a ocesso i c u es a a i me ic ogic u i (A U a egis e i e a a a a a e ec io u i a a a a o wa - i g u i o e sake o sim ici y ig oes o e ic a e a wa e e s a e a eas a e u ique o e ec o sys em esig ; ey a e use o a s e use u i o ma io o e ec o co e e A U is a e o ea wi 1 - i i ege a i io /su ac io a mu -
igu e Sca a ocesso a c i ec u e 19
i ica io e egis e i e i c u es 3 ge e a - u ose egis e s a wo s ecia - u ose egis e s o ec o ocessi g I su o s wo ea o s a o e w i e o wo s ecia i e egis e s i e egis e i e a e use o co o ec o o e a io s ey a e ec o - e g egis e ( a ec o -mask egis e ( M is use o co o e e g o ec o o e a io s a M i ica es a o e a io s a e o e a ie o y o e ec o e eme s wi co es o i g e ies equa o 1 i M o a oi E E a ME a a a a s ue o i e i i g a a a a e ec io a o wa i g u i s a e im eme e We mus em asi e a a sca a i e i e a a s ca e a oi e ei e wi a a o wa i g o i e ocki g i a wa e so sca a i s uc io sc e u i g is o equi e o co ec ess; owe e i may im o e e o ma ce is g ea y eases co e w i i g o ou ocesso
2.1.3 Vector Register File e ec o egis e i e ies i e ea o e ec o u i I o i es o em o a y s o age o i e me ia e a ues as we as e i e co ec e wee e ec o oa i g- oi u i s ( Us [1 ] A s aig o wa way o im eme e ec o egis e i e is o use a si g e mu i- o e memo y u is is a e y e e si e so u io equi i g ma y ogic esou ces a i c ease e owe co sum io o e GA c i ake e e am e o eig ec o egis e s eac a i g 3 3 - i e eme s; e e iag am i ig 5 s ows e s ice usage o a i i C c i a e ig o e s ows e owe co sum io assumi g a i u s a 7 M I ca e o se e a e s ices wi e use u quick y a e owe co sum io i c eases g ea y o a i c ease um e o o s We ike o em asis e e a a e esu s ese e i is c a e a e a e e ace-a - ou e s e o e C c i o e uce e cos we cou i i e e ec o egis e i e i o a ks a i g sma e um e s o egis e e eme s a o s A simi a me o as ee use i a me ia oces- so [7] a a sma memo y s uc u e [5 ] I ou esig e ec o egis e i e is i i e 20
igu e 5 esou ce a owe co sum io o si g e- ock im eme a io o a ec o egis e i e co ai i g ec o egis e s o 3 3 - i e eme s i o eig a ks w e e eac a k as wo ea o s a o e w i e o ake e e am e o ec o egis e s eac a i g 3 3 - i e eme s; e ec o egis e i e co s uc io a i s co ec io s wi o e com o e s a e s ow i ig
igu e ec o egis e i e o ga i a io a co ec io s wi o e com o e s 1
e ec o memo y i e ace ( MI U a e a U mu i ie s a e e ea /w i e o s o e egis e i e i a ime-mu i e e way e a wi o e ec o egis e i e i is co igu a io is 7 G y es/sec w e o e a i g a 7 M I e equi a e a wi is o e o i e y a si g e egis e a k a egis e i e wi 1 ea o s a w i e o s wou e equi e is is sig i ica y ess e icie i e ms o a ea s ee a owe co sum io a e a k- ase a c i ec u e si ce e a e o y co sumes % o e s ices a 3W o owe w i e e esou ce a owe co sum io s i c ease ama ica y wi a i c ease i e um e o o s as s ow i ig 5 e a i io a cos o e a k s uc u e co es o s o a ci cui o a a a s e s e wee a y ai o memo y- egis e a ks is ci cui uses qui e a ew GA esou ces a ies i e c i - ica a ; u com a i g o e si g e egis e i e im eme a io is esou ce usage is muc sma e a oes o c a ge e ac a e a k s uc u e is muc mo e e icie a e si g e ock im eme a io esi es e s uc u e o e ec o egis e i e we a so ee o e e mi e i s si e Eig ec o egis e s a e c ose i ou im eme a io A oug i c easi g e um- e o ec o egis e s ca e uce e memo y a wi equi eme s y a owi g mo e a a euse mos ma i - ase a ica io s a e i e a a euse us eig ec o eg- is e s su ice a ca emo s a e e e ec i e ess o ou esig Eac ec o e eme as 3 i s w ic is equi e o si g e- ecisio oa i g- oi ca cu a io s Mo e ec o e eme s i a ec o egis e cou amo i e e s a u ime a s ee u e o e a e e- cu io ; e ime o i u e i e i e is eig c ock cyc es o oa i g- oi mu i ica io a e e e c ock cyc es o oa i g- oi a i io So we eci e o im eme as ma y e eme s as a owe y e a ai a e esou ces wi ou i c easi g e ci cui com e i y eme ous y We e e ime e wi 1 3 a e eme s e ec o i ou esig Wi e i c ease ci cui com e i y a co ges io o e o -c i ou i g esou ces o mo e e eme s e sys em eque cy o e esig o s om 7 M o 1 a 3 22 e eme s o 5 M o e eme s A mo e su s a ia eque cy e uc io s ou e e ec e o mo e e eme s
2. .4 t r M r Int rf ( MI MI co o s a e a a a s e s o/ om e a a memo y a ks I su o s sca a oa s/s o es om/ o a y a a memo y a k ec o oa s/s o es s a i g wi a y a a mem- o y a k a o a y e g a i e e oa s/s o es o s a se ma ices e e ecu io ime o ec o oa /s o e a i e e oa /s o e is o e e mi is ic e s a i g oi i memo y a e e g o e a a a ec e e ecu io ime o ese o e a io s esi es e im ac o e ec o e g i e e a a s o age a e s i e eig a a memo y a ks may esu i i e e co e io a e s o e i e e oa /s o e us esu i g i i e e e ecu io imes A 3 - i c oss a is im eme e wi 1 eig - o-o e 3 - i mu i e e s o a s e a a e wee a y ai o memo y- egis e a ks is c oss a as a co s a swi c e ay o o e c ock cyc e ecause o e com ica e co o ogic a a ge um e o mu i e e s i co i u es o a o e c i ica a i ou esig
2.2 rf r n lt o es e e o ma ce o ou ec o ocessi g sys em e se ma i -ma i mu i ica- io s a se ma i - ec o mu i ica io a a s a se i ea equa io so e we e u o i Ou sys em makes o assum io a ou e s a si y s uc u e o e i u ma ices o gua a ee e e o ma ce a ious ma ices om i e e a ica io a eas wi i e e s a se s uc u es a e gi e as i u Com a iso s a e ma e wi e ca cu a io ime o a comme cia e C a co ai s a 1 G e ium-III ocesso 51 M y es o memo y a 51 K y es o cac e a em oys e i u o e a i g sys em I is a i icu o o ge e accu a e e ecu io ime o e C; we a y se e a c i e ia o make su e a e ime measu e o e C is e ese a i e o i s ca a i i ies [55] 2
1 Si ce e ime o ou e e ime s is a e mi iseco s e e e i e u ime a sam es e e y 1 ms is im ecise So we use assem y- a guage co e o eac e IA3 c ock cyc e egis e a ge e c ock cyc es use y e og am
I o e o mi imi e a a a i s uc io cac e misses e co e is u o ce e o e i is u agai o measu e e ime
3 We u e og am we y imes a ake e sma es a ue as e ca cu a io ime
o e e ecu io ime o ou ec o ocesso e a smissio ime e wee e os mac i e a e GA oa is o i c u e ecause a a a smissio s a e oug e CI socke a u e e co o o e i e u a e e e ay ime is a ge a u e- ic a e [ ] ese s a way o i e suc a e cies We em asi e e a c i ec u e o e ec o ocesso a ow o o i e e icie ec o ocessi g e e o e e a smis- sio ime is omi e i ou e o ma ce a a ysis We ca see om e o owi g e am es a e c ock cyc es o ou ec o ocessi g sys em a e u e s o imes sma e a ose o e e C u e a c i ec u e o e GAs imi s e ma imum eque cy so ou sys em ca o y u a 7 M es i e e eme ous eque cy is a i y com a e o e 1 G o e comme cia C we wi see a ou ec o ocessi g sys em s i ou - e o ms e C w e e ma i si e ecomes a ge o w e wo ec o mic o ocesso s a e use
2.2. r l n r n t r r n ec o com u e s equi e a a ce i e i i g [5 ] o ge ec o s i e og am wi o i e e e e o ma ce ecause e e a y cause y e s a -u ime is amo i e Ac ua y e oug u o e ec o ocesso ig y e e s o e e g o e ec o s e ecu e ce o em a s a se ma ices a e wo ge e a si ua io s w ic o i ge - e a i g o g ec o s Wi ou a o ia e e ocessi g e ec o ocesso ca a y ac ie e sig i ica im o eme [57 5 ] So i im eme a io s e a a s o age sc eme 24
igu e 7 ecu e ce o em a a ica io a go i m a e mo i ie o ge o ge i u ec o s We e ai es ec i e y ow o a oi e e ec s o e ecu e ce o em a s a se ma ices i e owi g wo su sec io s
2.2.1.1 The Recurrence Problem. O imi i g a co e o ec o ocessi g asica y co sis s o a a gi g e a go i mic s e s i suc a o m as o o uce o g a ec o i - a e O oo s [5 ] O e o e mos commo o s ac es o ec o i a io is e " ecu e ce"
o em; i is w e a a ia e is o ai e ase o e a ue o a a ia e i a ea ie i - e a io [ ] as s ow i ig 7 e e ay cause y e ecu e ce o em ca e a ge es ecia y o oa i g- oi o e a io s w ic equi e mo e c ock cyc es Ge e a y is
o em ca e so e y oo u acki g a a a e ca cu a io s Mu i ica io a ac- cumu a io (MAC is ig y use i ma i o e a io s a c ea es a ecu e ce o em A commo so u io o MAC is o use mo e a i io u i s a o ga i e em i a i a y ee
is way e e aye c ock cyc es ca e e uce om n x (d l l f r dd t n
o [ og( n 1 x (d l l f r dd t n u o oa i g- oi o e a io s w e e
o e am e 11 c ock cyc es a e ee e o si g e- ecisio oa i g- oi a i io i ou im eme a io e i a y ee s uc u e s i as qui e a sig i ica e ay A so e i a y
ee ee s mo e ci cui a ea a mo e com e co o ogic w ic may make e MAC u i i a mic o ocesso a c i ica a i e ci cui esig [59] So i ou im eme a- 25
io we e ace e MAC o e a io s y ec o mu i ica io a a i io as s ow i e o owi g seu o co es ake e e am e o ma i - ec o mu i ica io ; ma i -ma i mu i ica io ca e see as a e e sio o ma i - ec o mu i ica io
l d l f r lt tr x l p :l d 2 l j f tr x l d j l nt f v t r b l S 2 dd j , f n t z r , j p t l p t r l l f r lt tr x
2.2.1.2 Pseudo-Column Ordering for Sparse Matrix Operations. e e icie cy o s a se ma i mu i ica io ig y e e s o ow e o - e o e ies a e e ese e i e memo y A o e s o age sc eme ca g ea y e a ce e e o ma ce o e ec o ocesso y a owi g muc o ge ec o s e e i a e y s a se ma i e seu o- co um me o s o es e o - e os i a com ac way y s i i g a o - e os i a ow o e e e o owi g e am e s ows a e o - e os i ma i A a e s i e o e e o o uce ma i A a ei co es o i g co um um e is s o e i ma i CI
31 51 31 51 3 5
1 7 1 7 1 7
3 3
A = A = CI=
3 3 3
5 5 5
17 7 7 17 7 7 1
ese wo ma ices a e o ac ua y ui ; ey a e us use o e a a io a ues a co um i ices a e s o e i e memo y ase o e seu o co um s ecause e seu o-co um o y co ai s a a om i e e ows e ecu e ce o em cause y
MAC ca e a oi e y ec o mu i ica io a a i io A o e a a age o is s o age sc eme is a e eme s i e seu o-co um s ca e oa e co iguous y a accesse i a u i s i e as io
2.2.2 Sp r n r E t n S lv r I a co e io a way a i ea sys em o equa io s gi e i e o m Ax b is so e y ac o i i g ma i A i o ia gu a ma ices a e ca yi g ou a a o wa / ackwa su s i u io s ese su s i u io s a e esse ia y seque ia a i e a a e com u i g Ge i g e i e se ma i o A a so i g e o em y ma i mu i ica io is a o ious so u io u e ques io is ow o ge e i e se ma i e e wi a so e a ma o o em wi s a se ma ices e i e se ma i o A may u o e e se e e i A as o y a ew o - e os e W-ma i me o w ic was o ose i [ 1] o i es a easy way o ge e i e se ma i y a i io i g e s a se ma i i o a o uc a i g a i io s wi o i -i s o wi use co o e i -i s us i eac a i io ca cu a io s ca e o e i a a e Se e a W-ma i so e s a e ee u o s a e -memo y com u e s mu i ocesso s a ec o su e com u e s [57 5 3] We s ow i is a e a i ca a so u e icie y o ou ec o sys em
2.2.2. h W tr x M th d. A i ea equa io gi e i e o m
w e e A is a a ge s a se a symme ic ma i ca e so e i e o owi g s e s
w e e a U e ese e ecom osi io o A i o a owe ia gu a iago a a u e ia gu a ma i es ec i e y Wi a o ia e o e i g [ 1] we ca i s e uce
e ac o i a io i -i s a ac o i e A i o e o m A e is o e i g assume 27
a W = . e ( ca e ew i e as
I is o ious a ( 3 ca e so e i ee s e s
a e ace o wa a ackwa su s i u io s wi ma i - ec o o uc s Wi i eac s e a mu i ica io s ca e ca ie ou co cu e y w ic is sui a e o a a e o- g ammi g a ec o com u i g W-ma i is associa e wi a go i ms a a i io e i e ses o L a U i o e eme a y ma ices wi o i -i s o o y use co o e i -i s ase o [ 1] a [ ] we ca w i e ma i L as
w e e L is a i e i y ma i e ce a i s i- co um is ac ua y e i- co um o ma i L. e
w e e 1/17„ is equa o L , wi e sig o i s o - iago a e eme s e e se uggi g ( i o ( 3 we ge e e essio
o a oi i -i s i uce i ( 7 we ee + 1 seque ia s e s o mu i ica io o ge e i a so u io ; i as o a a age o e e commo su s i u io me o u acco i g o [ 1] a ace ma ices Wi o 1 i ca e com i e i se e a ways o o m a ious a i io s 28
ow e ia gu a ac o s a e a i io e i o p a s w e e we ca a e p n o a a ge n Acco i g o ( e so u io x ca e o ai e a e p + 1 s e s w e e ma y o e a io s ca e e ecu e co cu e y i eac ma i - ec o o uc s e i e e eo e i g a a i io i g sc emes ase o e ac o i a io a e g ee [ 1] s ow a e W a i io s ca e c ose wi ou a i g ew i -i s o wi a i g o y use co o e i -i s i e o s o mi imi e e um e o a i me ic o e a io s us
e com i e s a si y o e p ac o s ca e e same as a o L.
2.2.2.2 W-matrix Method Implementation on the Vector Processor. A s a ic ime a go i ms o a o ima e mi imum eg ee o e i g a U ac o i a io we e a ie o e i u ma i e e e imi a io ee o e ma i was ge e a e a e W-ma i was i a y a s o me ase o e a e g s i e e imi a io ee [ 1] i i g ou ow o a i io e i e se ia gu a ac o s i o e o ge e s o es so u io ime o e ec o ocesso is i icu si ce e e a e ume ous ways o o m W-ma i a i io s e a i io i g me o use i is a e is easy o im eme a ca a so gua a ee goo e o ma ce We ge e a e W-ma i a i io s i suc a way a w e a a e co um i c eases e o - e os i e a i io o mo e a wo imes e o igi a o - e os i ose co um s i e /U ma i a ew a i io wi e c ea e a i io um e s o eac i u ma i a o - e o um e s a e eac s e a e s ow i a e 1 I ca
a e 1 o - e o E eme ( C a ges i W-Ma i a i io Ge e a io
Ma i Si e O igi a s s a e U a i io s s i w-ma i 9 9 11 / 9% 1 / 7% 5 / 11% 11 11 35 / % 5 / 3 % 79 / 5 7% 3 3 11 / % 193 / 1 % 5 35 3 / 1 % 1 5 1 5 3 / 1 % 7 / 33% 11 3 / 5 % 17 3 17 3 7 / 1 % 9 / 3 % 7 1 3 7 / % 2
e see a a e W-ma i ac o i a io e s a si y o e ma i is s i a ge A e e W-ma i a i io s a e o me seu o-co um s a e ge e a e y e os com u e a a a is ow oa e i o e GA oa o ac ua com u a io s is e e ime is sui a e o ose a ica io s a equi e e e i i e i ea equa io so u io s wi ou a y c a ge i e i u ma ices
2.2.2. rf r n lt. e i ea equa io so e uses i u ma ices om ea owe e wo ks co ai i g 9 o 17 3 o es [ ] I is u o o e ec o ocesso a e esu is com a e wi a o a comme cia C I is o is i u e i o wo ec o ocesso s ecause e e wi e a o o a a commu ica io a sy c o i a io w ic wi i c ease e so u io ime sig i ica y e o ma ce com a iso s wi e comme cia C a e s ow i ig
igu e e o ma ce o s a se i ea equa io so e 0
igu e 9 e o ma ce o e se ma i -ma i mu i ica io
2.2. n M tr x M tr x M lt pl t n e e se ma i is i i e i o 3 3 su - ocks ecause o imi a io s i e ca aci y o e o -c i a a memo y Ma ices o i e e si e we e u a e e o ma ce is s ow i ig 9 o sim ici y i og ammi g a wi ou oss o ge e a i y we assume es ma ices wi ime sio a i y w ic is a mu i e o e su - ock ime sio a i y A so o a ai com a iso wi a comme cia C we i o ea y use e y a ge ma ices o e C u us use a oo o su - ock mu i ica io a a i io o e same 3 3 su - ocks; e i u ma ices we e c ea e i suc a ma e a a e su - ocks co - ai e same a a is way ma i a a ca a e s o e i e cac e a e e wi e o a ge ime e ays ecause o cac e misses O e wise e ca cu a io ime o e C may i c ease cu ica y wi i c eases i e ma i si e o co o mi g o e o- o io a i c ease s ow i ig 9 I ese ma i -ma i mu i ica io s a e i i e o u o wo ec o ocesso s esi i g o wo GAs e e ca cu a io ime is e uce a o ima e y y a si ce equi a e um e s o ca cu a io s a e assig e o e GAs ig 9 s ows e e o ma ce o ma i -ma i mu i ica io o o e ec o ocesso e comme cia C a wo ec o ocesso s We ca see a e wo ec o ocesso s ac ie e a s ee u o a ou 53% com a e o e C
2.2.4 Sp r M tr x t r M lt pl t n S a se ma ices om a ious e gi ee i g a ica io a eas i c u i g owe ow s uc- u a e gi ee i g a ai c a esig we e u o ou ec o ocessi g sys em o e a u- a io A ese ma ices a e om e a we - oei g Co ec io [ ] o sim ici y a wi ou oss o ge e a i y a c ose ma ices a e squa e a symme ic a e gi es e asic c a ac e is ics o e i u ma ices use i ou e e ime s o s a se ma i - ec o mu i ica io e ca cu a io ime e e s o e um e s o o - e o e eme s si ce ey e e mi e e amou o oa i g- oi o e a io s ee e A o e ac o a ec - i g e ca cu a io ime is e ma imum um e o o - e os i ows ecause is um e
a e I u S a se Ma ices om e a we - oei g Co ec io i Ou E e ime s
ame A ica io A ea M % o A 3 M ca 1 ai c a /s uc u e 1 1 9 5% 9 15 w 193 s uc u e/k ee os esis 193 3 93 9 3 % 1 3 w 99 s uc u e/mi o 99 1 7 1 7 % 17 1 agmec 9 i i e-e eme mo e 13 9 91 1 5 % 7 7 s 1 i i e-e eme mo e 1 179 % 9 7 cs w 1 owe e wo ks 53 1 7 % 1 1
1 M Ma i ime sio
um e o o - e os
3 A A e age um e o o - e os e ow
M Ma imum um e o o - e os i ows 2
eci es ow ma y seu o-co um s wi e ge e a e w ic i u eci es e um e o oo s o u o a ge ma ices a i g mo e o - e os e ca cu a io is i i e i o e wo ec o ocesso s y i i i g e ma i i o su - ocks Si ce e is i u io o o - e os is o a a ce i ese su - ocks a i e e se ma ices e ca cu a io ime o e wo ocesso s a ies om 5 % o 1 % o e ime o o e ocesso o ma ices wi a a a ce is i u io o e o - e os e ca cu a io ime ca e e uce y a w e u o wo ocesso s (e g jagmech9 a s 1 I a we u a a ce si ua io (e g w 99 e ime ca o y e e uce y a ou 3 %
igu e 1 e o ma ce o s a se ma i - ec o mu i ica io CHAPTER 3
MULTICORE PROCESSOR SYSTEM WITH A SHARED VECTOR UNIT
e e as ee a ece e o im eme si g e-c i mu ico e ocesso s o ecause o imi e I e oi a io i ea a ica io s a u i ocesso owe issi a io o - ems A mu ico e esig as e o e ia o o i e ig e oug u easie sca a i i y a g ea e e o ma ce/ owe a io a i s si g e-co e com a a es [3 ] I co o a i g a s a e ec o u i i a mu ico e sys em as a acce e a o o com u a io -i e si e asks cou g ea y i c ease sys em e o ma ce oug a ow a ea a owe cos s a - ious a ica io s ca e e ma e o o suc a sys em esu s o su o is a gume a e s ow i e e c a e e e a sys em esig a im eme a io issues a e e ai e i is c a e e sys em is im eme e o e a es i i GA se ies e i e -5 Mic o a e e 3 - i so ocesso om i i is use as e sca a ocesso i e sys em e e e i is a we ca e use ma u e ig - e e a guages a com i e s o im eme a su s a ia a o e a ica io s e ec o u i esig e y ou se es is c ose y cou e o e Mic o a es oug ei as a a i ks A ecou e s uc u e i w ic e i s uc io s eam is s i i o se e a i s uc io queues o i e e u c io u i s a oa /s o e u i s ca i e a o e a e cy o e c i g a a om e memo y y e ac a e oa /s o e u i ca s a e c i g a a a ea o e com u a io u i s a i c ease e o a oug u o e sys em [ 5] e e e i is e e mo e omi e i e mu i ea e e i o me [ 5] I [ ] a ge s ee u s a e e o e wi e y sim e a wa e a a sma um e o ea s Ou s a e ec o u i i e MCwS sys em ea i g wi i - s uc io s om se e a sca a ocesso s wo ks i e mu i ea e way a e e icie cy ca e im o e g ea y y em oyi g a ecou e ec ique So a o g wi e mu i a k s uc u e im eme e i C a e ou ec o u i is a so o ga i e i a ecou e way
33 3 wi wo a i me ic u i s a o e oa /s o e u i is a c i ec u e ca u e i c ease e sca a i i y a e i i i y o e sys em ecause o e mo u a esig a oac We a so esig e e ec o u i o su o co igu a io s wi 1 o a ks a i e e egis e /e eme si es o a e e mo e e i i i y o e sys em o a e e u e s a i g o e sys em we wi i s ese a i o uc io o Mic o a e a e i e -5 GA c i e e esig iag am a im eme a io wi e e ai e
3.1 Scalar Processor and FPGA Resources 3.1.1 MicroBlaze Soft Processor Mic o a e is a 3 - i a a ISC a c i ec u e o imi e o i i GAs We use e sio 5 wi a i e-s age i e i e e s ages a e e c (I eco e ( E ecu e (E Access Memo y (MEM a W i e ack (W e ock iag am o Mic o a e is s ow i ig 3 1 I s asic a c i ec u e co sis s o 3 ge e a - u ose egis e s a A i - me ic ogic U i (A U a s i u i a wo e e s o i e u s e s a e a s i e iag am a e o io a a ca e co igu e o mee e e ac ee s o e a ge a ica io
igu e 3 1 Mic o a e co e ock iag am [1] 35
omai ey o i e g ea e i i i y u o o a a y cos i ey a e o ee e o a s eci ic sys em ese co igu a e ea u es i c u e e a e s i e i ege i i e i ege mu i ie oa i g- oi u i i s uc io a a a cac es o -c i e i e a us (O as sim e i k ( S i e aces a a wa e e ug ogic e e i g o e co igu a e o io s a a ge GA Mic o a e uses a ou o U s Mic o a e as ee ki s o us i as uc u e oca memo y us ( M S o i e ace co- ocesso s a O o i e ace e i e a s We ocus o e S a O uses e e Mic o a e o i es u o eig S s o i e ace a wa e co- ocesso s Eac S c a e o i es a ow a e cy i e ace ( wo c ocks o w i e a o e c ock o ea o e ocesso i e i e a is i ea o e e i g e ocesso s e ecu io u i wi cus om a wa e acce e a o s e e g a e o e S I O is co igu a e I ou sys em Mic o a e e ecu es sca a o e a io s a se s ec o i s uc io s o e s a e ec o u i oug S e e a e ee ai s o S s i ou sys em a ai e wee eac Mic o a e a e ec o u i is use o a s e ec o i s uc io s a a s ake sig a s; a o e e is s e wee e wo Mic o a e ocesso s o commu ica io sig a s A O us a i o es a O a i e ca su o u o 1 mas e s a a y um e o s a es Mas e s se a a eques s o e O us; a e O a i a o eci es w ic eques ca e sa is ie a e uses a s ake sig a s I ou sys em e memo y co o e o e s a e memo y a ks is a ac e o e O us as o e o i s s a es e ec o u i as we as e wo sca a ocesso s se eques s o e O us o access e s a e memo y; ey a e a co ec e o e O us as mas e s Eac sca a ocesso e c es i s uc io s om i s oca memo y usi g i s ow LMB.
3.1.2 Virtex-5 Resources Ou esig is im eme e o i i i e -5 C5 5 -1 G 7 GAs i e -5 is ase o a 5- m co e CMOS ocess a i e-o i e ec o ogy is ew ma u- ac u i g ec o ogy makes i e -5 mo e a ea a owe e icie a i s e ecesso s 36
A o g wi e a ge -i u U s i e -5 ca o i e ma imum ou i g ca a i i y a accommo a e a a ge um e o ui -i a -I s a icu a y o e C5 5 - 1 G 7 c i e e a e 7 s ices -i u U s K is i u e memo y 3 K ock memo ies/ ui -i I Os c ock ma ageme i es wi eac co ai i g wo igi a C ock Ma ageme s ( CMs a o e a S E s ices Eac o e S s ices as a 5 1 wo s com eme mu i ie o a - i a e /su ac e /accumu a o e 3 K ock memo y ca a so e co igu e as wo i e e e 1 K ocks/1 K ui -i - I Os
3.2 System Design and Organization ig 3 s ows e ock iag am o e sys em wi wo sca a ocesso s a a s a e ec o u i Eac Mic o a e as i s ow i s uc io / a a memo y co ec e ia e o- ca memo y us ( M e wo co es s a e wi e ec o u i a ow-o e i e ea e a a memo y w ic is o ga i e i mu i e a ks e sca a ocesso s e c e ec o o e a io s a su seque y o wa em o e ec o u i oug e as sim e i ks ( S s i e co ec is sys em is easi y sca a e o ma y ocesso s e ec o u i is com ose o ou a s e ec o issue ogic ( I se e a u c io u i s sca a egis- e s a a ce a ec o egis e i e ( e ec o egis e i e is o ga i e i se e a a ks a ca e co igu e i o g ou s o 1 o a ks e u c io u i s a e a so u ica e o ma c e um e o a ks i e ec o egis e i e
3.2.1 Vector Issue Logic e sca a ocesso s se e ec o i s uc io s o ei S s; e ec o u i akes i - s uc io s ou o eac S i a ou - o i as io o e ia y a a ci g e oa o e u c io u i s a su s a ia y i i g e a e cy o memo y accesses I is a so i c a ge o egis e e ami g a i s uc io e o ma i g I as a e ami g a e w e e e e y egis e i a sca a ocesso as a co es o i g e y i i as s ow i ig 3 3 37
igu e 3 MCwS mu ico e ocesso sys em wi a s a e ec o u i ( e sca a egis e s a e o s ow i e ec o u i
e e ami g a e mai ai s e cu e ma i g e wee e ec o egis e s i e i - s uc io se o eac sca a ocesso a e ac ua egis e s i e ec o ocessi g u i I ea s e i s uc io i oes ec o egis e e ami g eci es w ic u c io u i s is o e a io s ou go o a e ge e a es ew oca i s uc io s a oa cas s em o I US ig 3 s ows e i s uc io o ma s o i comi g a ou goi g i s uc io s 38
igu e 3 3 ec o egis e e ami g a e (R: ese e ; a i
igu e 3 e o ma o i comi g a ou goi g i s uc io s i I "M I " i ica es w ic Mic o a e issue e o e a io ; " U I " i ica es w ic u c io u i s ou is i s uc io go o (O O co e ese e
3.2.2 Vector Register File esig i g ig - e o ma ce ow- owe egis e i es is e y im o a o e co i ua io o cu e e o ma ce a a ces i wi e-issue a ee y- i e i e su e sca a mic o- 39
ocesso s [ 7 ] ec o ocesso s a so a e e same co ce A o ma y ec o egis e i e is e y a ge so e ig e - e o ma ce a owe - owe ec o egis e i e is o c i ica im o a ce o e w o e sys em esig e ec o egis e i e ca e o ga i e i ei e a is i u e o a ce a i e way; o o ga i a io s ca em oy e mu i a k s uc u e wi eac a k co ai i g se e a e eme s o e ec o egis e s [3] I e is i u e s uc u e [5 ] e ec o u i is ase o a c us e e esig Eac c us e as o e u c io u i a a o e ec o egis e s Eac is i u e ec o egis e i e o y ee s o a e wo ea o s a o e w i e o o ee i s co es o i g u c io u i A commu ica io e wo k is use o co ec a e c us e s A a a a s e is ee e i e ec o egis e is use y a emo e c us e A ce a i e egis e i e se es a e u c io u i s; us we ee o o i e a um e o o s w ic is ee imes e um e o u c io u i s i a o em a e o u simu a eous y u i e imi a es e ee o a c oss a o a smi a a e wee i e e u c io u i s w ic cou a muc mo e com e i y o e co o s uc u e wi a i io a owe equi eme s as we A so ig y eque a a a s e s amo g e u c io u i s cou u e imi is e e e i o e is i u e s uc u e e e o e a oug e is i u e egis e i e as se e a a a ages we a e c ose o use e ce a i e s uc u e o ou im eme a io Simi a o e ec o egis e s uc u e i C a e e ec o egis e i e is i i e i o mu i e a ks o a ea a owe e icie cy [1 ] e ec o egis e i e ca e co igu e o a e 1 o a ks a e um e -o - ec o - egis e / ec o -si e ai ca e co igu e o e 1 /3 / 3 /1 1 / 5 a /51 w e e eac wo is ou y es o g Eac ec o egis e a k o i es i e ea o s a ee w i e o s o e ee u c io u i s o e ca a e o u i g simu a eous y e ec o egis e i e co s uc io a i s co ec io s wi o e com o e s a e simi a o ig i C a e e o y i e e ce is a e u c io u i s use wo ea o s a o e w i e o i a 40
ime-mu i e e way i C a e u eac u c io u i i ou MCwS sys em as i s ow ea /w i e o s Si ce e ec o egis e i e i ou im eme a io ee s 1 K y es o s o age s ace a eig o s i cou co sume mos o e s ice esou ces i a GA c i i im e- me e y egis e s o is i u e memo y ocks Eac i e -5 s ices co ai s ou - i u U s a ou i - o s U ike ASIC ec o ogy w ic ca e use o ui a e - ica e ci cui o e a ge mu i o egis e i e GA esig s u i i e e-ma u ac u e esou ces o u a e y cu e GAs o i e a u a o -c i ock memo ies w ic ca e use o e egis e i e u e ock memo y o y o i es wo ea /w i e o s w e eas ou egis e i e ee s eig o s So we a e o use e ock memo y o o m mu i o ec o egis e s ia ime-mu i e i g o i s ua o e ock memo y ca e e e e i o - o ec o egis e s as s ow i ig 3 5 A CM ock is use o ge e a e e sy c o ous c ock wi a eque cy ee imes ig e a a o e sys em c ock is im eme a io is e y esou ce e icie u i a so co s i u es a ig a o e c i ica a ; is e uces somew a e o e a i g eque cy o e ec o u i
igu e 3 5 Mu i o ec o egis e im eme a io 4
.2. n t n Un t A u c io u i ge s a i s uc io om I US i e oa cas I ma c es i s ow I a s o es i i a e ecu io I O e i c ecks e e ami g a e o see i e sou ce eg- is e s (ei e sca a o ec o egis e s a e a i ( a e a i a a ; i ey a e e i s a s e ecu io is s uc u e a ows goo sca a i i y a easy im eme a io o i s uc io c ai i g C ai i g a ows a ec o o e a io o s a as soo as e i i i ua e eme s o i s ec o sou ce o e a s ecome a ai a e; i ac s ike o e a o wa i g i sca a o- cesso esig ( a is e esu s om a u c io u i a e se o a o e u c io u i i a c ai [ ] e e a e ee u c io u i s i ou sys em oa /s o e co e oa i g- oi mu - i ie a oa i g- oi a e /su ac e I e e is o y o e a k i e sys em c ai i g ac s as s ow i e e am e o ig 3 I ese u c io u i s a e e ica e o se e a a ks a mu i e ec o e eme s ca e e i o em e cyc e e mu i e esu s ca e o uce simu a eous y Wi eig a ks accesse i a a e o e a io s ca e ocesse simu a eous y a eak a e wi e su o o c ai i g as s ow i ig 3 7 I ou im eme a io e wo u c io u i s a e si g e- ecisio oa i g- oi e mu i ie a a e /su ac o ase o e IEEE 75 s a a ey ca e easi y co igu e i o o e ki s o a i me ic u i s e u c io u i s i ou oo -o -co ce sys em ca e co igu e i o 1 o a ks i e aci g 1 o memo y a ks es ec i e y
igu e 3 ec o c ai i g 42
igu e 3 7 ec o c ai i g i a mu i- a e s uc u e ( SU oa /s o e u i
3.2.4 Memory Controller e memo y a so ca e co igu e o a e 1 o a ks i a ow-o e i e ea e o ga i a io i o e o ma c e s uc u e o e ec o egis e i e A memo y co o e was im eme e o o i e i e ea e a a o e ec o ocesso as we as e sca a ocesso s Si ce e ec o u i a e Mic o a e ocesso s a e a co ec e o e OPB us e OPB a i a o eci es w ose eques s ou e se e i s e memo y co o e is co ec e o e OPB us as a s a e I ecei es eques s om e O us oa s o s o es a a om/ o e a a memo y a ks a e se s ack e a a s a e sig a s o e OPB bus. Ou ec o u i is co ec e o e OPB bus as a master. The O a i a o cou ea i e y amic o i e io i y a i a io We use e a e a oac gi i g e ig es io i y o e s a e ec o u i e e i s Mic o a e a i a y e seco Mic o a e — t — 1 mu i e e s a e cu e y u e wee e mu i- a k memo y a e ec o egis e i e o ac as a c oss a swi c ey i uce a e ay o ee c ock cyc es o eac a a ea /w i e ese mu i e e s a e o ee e o e 1- a k co igu a io Mo e a a ce i e co ec o ga i a io cou e e e o e o a ge 43
3.3 System Implementation on the FPGA Chip e a o m i e -5 GA o i es a u a e ica e u c io u i s suc as ock memo ies em e e I Os a S ocks ese em e e e ices a e o imi e o e icie usage o e si ico esou ces a ou s a i g e o ma ce a ge i g a ig e o ma ce ou esig ies o use suc e ica e u i s w e e e ossi e
3.3.1 Digital Signal Processing (DSP) Blocks S E ocks se e as oa i g- oi a e s/su ac o s a mu i ie s i e ec o u i a as oa i g- oi o e a o s i ege mu i ie s a i ege i i e s i e sca a o- cesso s e wo Mic o a e ocesso s i e sys em use 1 S E i es o a y a 3 S ocks a e e o e ec o u i Eac Mic o a e uses 7 S ocks o a i ege a e /su ac o a i ege mu i ie a i ege i i e a oa i g- oi ca cu- a io s e esou ce usage o e si g e- ecisio oa i g- oi a e a mu i ie is s ow i a e 3 1 E e oug e 3- S mu i y im eme a io ( e i i i a y oes o o i e a simi a im eme a io o a /su ca i c ease e s ee i is o e- qui e o MCwS ecause e oa i g- oi a i me ic u i s o o c ea e o e ecks o e o e a i g eque cy us i ou MCwS sys em o e oa i g- oi mu i ie a a e /su ac o em oy e - S im eme a io I e e a e eig a ks i e
a e 3 1 esou ce Co sum io o Si g e- ecisio Im eme a io s
O e a io y e S s U s i - o s Mu i y S E (3- S 3 3 77 S E ( - S 3 ogic o y 1 A /Su ac S E ( - S 51 5 ogic o y 7 44 sys em e e Us wi ee ( S ( dd r btr t r S ( lt pl r
(b n n b r = 3 S ocks
3.3.2 Digital Clock Manager (DCM) Primitive ee c ock sig a s a e ee e i e MCwS sys em; o e is e sys em c ock w ic is 3 3M M 77M a 7 5M es ec i e y o e 1- - - a - a k co - igu a io s; a o e is use o e - o ec o egis e s w ose eque cy is ou imes e sys em eque cy; e i o e is use o e - o sca a egis e s a i s eque cy is ee imes e sys em eque cy A o e c ocks mus e sy c o i e e GA o i es e CM imi i e o im eme i g e ay ocke oo igi a eque cy sy e- si e igi a ase s i e o igi a s ea s ec um We use ee CMs i e MCwS sys em o ge e a e a e c ocks o e is use o co e e 1 M c ock sig a o i e y e osci a o o e M 5 1 oa o e sys em c ock; a o e is use o ge e a e e c ock o ec o egis e s om e sys em c ock a e o e o e is use o ge e a e e c ock o sca a egis e s om e sys em c ock
3.3.3 On-Chip Block Memories Ou MCwS sys em uses u a mos a o e o -c i ock memo ies a aims o o i e a ge s o age s ace wi as a a access As me io e e o e e e a e 3 K ock AMs i ou a ge GA c i C5 5 a ey ca a so e co igu e as 9 1 K ock AMs ey a e use as e i s uc io / a a memo y a I Os i ou sys em as s ow i a e 3 45
a e 3 Co igu a io a Usage o ock Memo ies
3 K Co igu a io s ( ocks 1 K Co igu a io s (1 ocks ock Usage ock Usage ec o egis e i e 3 1 K S Ma 1 Sca a egis e i e 5 3 I Os i wo u c io 16KB LIM/LDMb o M O 3 u i s a oa /s o e co e 5 3 I Os i S s e wee 1 K IM/ M o M 1 3 eac M a ec o u i a e- wee wo M s ou ocks 15 ou o 1 use
a S M S a e a a Memo y
IM oca I s uc io Memo y M oca a a Memo y
3.3.4 Resource Usage for Various Configurations e sys em is im eme e o e i i i e -5 se ies C5 5 GA c i Eac Mic o a e is a ac e o wo ai s o S uses a a OPB us a co ai s a S 3 UA o a i ege mu i ie a i ege i i e a oa i g- oi u i s Eac Mic o - a e uses 5% o e i o s 7% o e U s 9% o e s ices a 7 o e S ocks i is GA e ec o u i a e memo y co o e co sume e esou ces s ow i a e 3 3 e s ice usage o e ec o u i is ess a a o o e Mic o a e o e 1- a - a k co igu a io s 1 3 imes o e - a k co igu a io a imes o e - a k co igu a io e sys em eque cy is 3 3M M 77M a 7 5M es ec i e y 46
a e 3 3 esou ce Usage o e ec o U i a e Memo y Co o e
a ks 1 S s 1 3 i - o s 3% % % 11% U s % % 11% 1 % S ices 7% 1 % 1 % 3% C A E 4
E O MA CE ESU S A A A YSIS
e MCwS sys em ca i wi e a ica io i a ious scie i ic omai s o o e e ia i i y o e s a e ec o u i co ce ee es e c es we e u o is sys em; e esu s a e a a y e i is C a e e i s a ica io ca e a mos u y ec o i e a is use o s ow e e icie cy o a "s a a o e" ec o u i e seco es e c o i es e o ma ce e a ua io w e e ec o u i is s a e y wo sca a ocesso s e i o e emo s a es e use o s i e oa /s o e ec o o e a io s a s ows e e a io s i e wee s ee u a e a io o ec o a sca a e ecu io imes
4. G t YIQ C nv r n ( G 2YIQ G ( e g ee a ue o YIQ co e sio is a e c ma k i e EEM C co ec io o em e e -com u i g e c ma ks [ ] a e o es e C U s ca a i i y o e o m asic a i me ic a ma i ma e e c ma k co e s a igi a image i o e YIQ o ma a com ies wi e SC e e isio s a a Eac u c io akes a " oi " i e G co o s ace a co e s i i o a umi a ce (Y a wo c omi a ce (I Q sig a s as o ows
e a o e equa io s ca e u y ec o i e o e ec o u i i e MCwS sys- em; e sca a ocesso is o y use o oo co o a e a i g a a s e i g ec o i s uc io s is is qui e a i ea case o e ec o u i ecause e is i u io
4 48 o asks e wee i s wo u c io u i s (mu i ie a a e a e oa /s o e u i is we a a ce a u e a a e ism is ossi e oug i s uc io c ai i g As esc i e i C a e 3 e ec o u i i e MCwS sys em ca e co igu e o a e 1 o a ks a i e e um e -o - ec o - egis e s/e eme s-i - ec o ai s Mo e e eme s i a ec o egis e cou amo i e e s a u ime a e a ce e o e a e ecu io ime so e a ges um e o e eme s o a ec o egis e (i s si e is c ose i ossi e We assume oi s i e image o sim ici y i og ammi g wi ou oss o ge e a i y e ec o egis e si e is c ose o ma c e um e o i e s w e ess a o equa o 5 is si e ca o e i c ease u e si ce e e wi o e e oug ec o egis e s o use a e 1 s ows e e ecu io imes o o e Mic o a e wi a wi ou e su o o e ec o u i u e i e e co igu a io s ig 1 s ows e s ee u o usi g e ec o u i as com a e o a Mic o a e wi ou is u i o a ious ec o co igu a io s I is com a iso e Mic o a e u s a 1 M w e eas e ec o u i u s a 3 3M z M z 77M z a 7 5M z es ec i e y o e 1- a k - a k - a k a - a k co igu a io s e s ee u mai y comes om e c ai i g o u c io u i s w ic ca o e a e ecu io s a co secu i e accesses o e mai memo y; is amo i es e cos o mem- o y a e cy w i e g ea y e uci g i s uc io a a s A oug Mic o a e is a 5-s age i e i e ISC ocesso i i oes o i e i e i s oa i g- oi i s uc io s oa i g-
a e 1 E ecu io imes ( o G YIQ Co e sio
a a Si e 3 1 5 51 O e Mic o a e 3 7 1 9 5 7 517 1 a k 99 5 15 37 9 35 5 a ks 3 3 5 3 3 1 3 3 3 a ks 5 3 5 5 9 1 a ks 35 3 3 5 9 79 49
igu e 1 G YIQ s ee u o usi g e ec o u i as com a e o o e Mic o a e ocesso wi ou is u i
oi mu i ica io o a i io ee s si c ock cyc es us o 5 a i io s a 5 mu i ica io s Mic o a e ee s 5 + 5 c ock cyc es w i e e ec o u i u e e - a k co igu a io o y ee s ( 5 ± + t n c ock cyc es w e co si e i g c ai i g w e e e a e cy is wo i ou im eme a io is e ai s w y ou ec o u i ca yie a s ee u ig e a i s um e o a ks o e e ig e a w ic is e um e o o e a io s a ca e ocesse simu a eous y a eak a e I c easi g e um e o a ks ca s ee u e e ecu io a e im o eme ecomes mo e sig i ica w e e ec o egis e si e i c eases owe e mo e a ks mea s ig e esou ce usage I e s ee u is " o ma i e " y i i i g i wi e s ice usage a io e wee e ec o u i a o e Mic o a e i wi e as s ow i ig e 1- a k co igu a io o i es goo e o ma ce a ow cos o sma ec o egis e si e e - a k co igu a io is e e o a ge ec o egis e s e - a k co igu a io is o e e a e ecause o i s sig i ica s ice usage i c ease om 1 % o e - a k co igu a io o 3% as s ow i a e 3 3
4.2 Demodulation Algorithm in Communication Systems is sec io ea s wi a es e c i e a ea o igi a commu ica io sys ems A y - ica commu ica io sys em is com ose o a c a e e co e a mo u a o a c a e a 50
igu e G YIQ o ma i e s ee u (usi g esou ce usage o e ec o u i as com a e o o e Mic o a e ocesso
emo u a o a a c a e eco e as s ow i ig 3 e c a e e co e a s a a e u a cy a ca e use y e ecei e o e o co ec io e i a y seque ces a e ou u o e e co e a e asse o e mo u a o w ic ma s e i a y i s o sig- a wa e o ms o a smissio e mo u a e i s a e asse o e c a e w ic ca e wi e i e o wi e ess W a e e is e ysica me ium o i o ma io a smissio e a smi e sig a ca e co u e y a ious y es o oise O e ecei e si e e emo u a o e-ma s e o e ia y c a e -co u e a smi e wa e o m o a se- que ce o i a y i s w ic a e asse o e c a e eco e o eco s uc e o igi a i o ma io i s e us ow emo s a e ow ou ec o ocesso ca e use o im eme e emo u a io a O e ecei e si e e ecei e sig a y is i e e y a i i e im u se es o se ( I i e e emo u a o i s e sym o a as e s o es is a ce o
igu e 3 A y ica igi a commu ica io sys em 51
a e E ecu io imes ( o e is a ce Ca cu a io A go i m w e u o O e Mic o a e wi e ec o U i o 1 I u a a
Co s e a io oi s 3 1 5 51 1 a k 1 73 3 57 531 1 77 a ks 1 75 1 95 35 3 a ks 1 7 1 1 1 3 7 a ks 1 7 1 1 1 1 931 15 593
e i e e sig a i e sig a co s e a io
w e e e o es am i u e s I is e um e o oi s i e co s e a io e a - go i m ca e i i e i o ee seque ia a s I is a ce ca cu a io a is a ce com a iso Amo g em I is a esse ia seque ia a o e u o Mic o a e is a ce ca cu a io a is a ce com a iso ca e a a e i e e wee Mic o a es u e mo e is a ce ca cu a io ca e assig e o e ec o u i is a oac esu s i su s a ia o e a o e sca a a ec o e ecu io imes a e s ows e is a ce ca cu a io ime o 1 i u a a w e o e Mic o a e is u wi e su o o e ec o u i a ig s ows e s ee u o e o e Mic o a e u e i e e a k co - igu a io s o e ec o ocesso o a ai com a iso e s ee u ca e o ma i e y i i i g e s ice usage a io e wee e ec o u i a o e Mic o a e ig 5 s ows a co si e i g e a ea co sum io ; e ec o u i ca s i yie a s ee u om 5 o 35 As e ec e e 1- a k co igu a io is e mos e icie o a sma a a si e a e e e i o mo e a ks ecomes mo e o ious w e e a a si e i c eases ake e e am e o a 3- a I a 51 oi s i e co s e a io ; w e e e a e 1 i u a a I co sumes 5 ms is a ce com a iso akes 1 3 ms a is a ce ca cu a io akes 17 17ms e e a io o e 3- a I is s ow i Eq ( 3 w e e b 2
igu e e s ee u o is a ce ca cu a io o e ec o u i o e o e Mic o a e
igu e 5 S ee u o ma i e y e s ice usage a io o is a ce ca cu a io
1 a a e k ow coe icie s
z(n = b (n + b1 (n — 1 + b (n — ( 3
is a ce ca cu a io co i u es a ou 3% o e o e a e ecu io ime W e is a is u o e ec o u i i is e uce o 1 ms ms 3 7 ms o 59ms ase o e co igu a io Si ce e ime o e ec o u i is muc ess a e sca a e ecu- io ime a ca e a mos com e e y o e a e y e is a ce com a iso ime we c oose e 1- a k co igu a io o e ec o u i wi ec o egis e si e o 51 a o e a e /mu i ie A ig e eg ee a k co igu a io o y i uces mo e esou ce/ owe usage a ca o e uce e o a e ecu io ime u e 53
a e 3 E ecu io imes ( o e emo u a io A go i m (M Mic o a e IS is a ce U ec o U i
I IS ca cu a io IS com a e o a M (1 M 5 17 17 1 3 77 11 O e M w/ U ( 3 3M 7 1 7 1 1 3 5 wo M s w/ s a e U ( 3 3M 7 1 7 3 1
a e 3 s ows e w o e e ecu io ime o emo u a io wi 1 i u a a e i s i e s ows e ecu io imes o o e Mic o a e e seco i e s ows e ecu io imes w e is a ce ca cu a io is u o e ec o u i w i e I a is a ce com a - iso a e u o a Mic o a e Wi wo sca a ocesso s e mas e -s a e mo e is use w e e o e Mic o a e co o s commu ica io s wi e o e ask i isio is ca ie ou a s a ic ime a e og ams a e e oa e i o eac Mic o a e o emo u a io e og ams o eac Mic o a e ca u i e e e y a ee o commu ica e u i g e ecu io So e o y o e ea i uce y e mu i e sca a ocesso s is e commu- ica io ime o s a a e e og am a o a y e ays cause y co isio s o e s a e a a memo y us u e memo y access ime i is a go i m is muc sma e a e com u a io ime a co ic s se om a e ; a so e commu ica io o e ea is eg igi e com a e o e a ge ca cu a io ime So e e ecu io ime o is a ce com a iso is e uce a mos y a o wo Mic o a es e ec o u i ecei es ec o i s uc io s om o Mic o a es o is a ce ca cu a io e e ecu io ime is s ow i e i i e Mo e sca a ocesso s cou e uce u e e e ecu io ime o ou oo -o -co ce wo k wo sca a ocesso s wi a s a e ec o u i su ice I e same amou o s ices wi is MCwS sys em ( wo Mic o a es a a s a e ec o u i wi e 1- a k co igu a io a e use o ui a mu ico e sca a ocesso sys em e 7 sca a "Mic o a es" cou i "I ea y" e w o e e ecu io ime ca 4
e e e uce o (17 17 + 1 3 ± ( 7 + 5 = 1 1ms w ic ee s (1 1 — 3 1 / 3 1 o 5% mo e ime a e MCwS sys em wi e same s ice usage
4. r t C n r n f r e isc e e Cosi e a s o m ( C co e s a s a ia omai wa e o m i o o e i e eque cy omai I as ee wi e y use i sig a a image ocessi g We u o e- ime sio a C ( C o MCwS o e o ma ce a a ysis We s ow e e ow e a io e wee ec o a sca a e ecu io imes a ec s e MCwS s ee u e 1 C co e sio is gi e y
w e e C = √ 1/ o u = a Cu = 1 o e wise; u = 1 or N — 1 a N e - ese s e si e o e o u a io o e i u sig a s(.). e asis ia gu a ec o cos(( +1 uπ/ w ic co ai s a mos 2N a ues ca e s o e i e o -c i memo y o ig e icie cy e e we ocus o accumu a io a s i e oa wo ki s o ew o e a io s a ea - i g i is a ica io A e u i s o ga i e i a i a y ee ca e su e as accumu a io u is sc eme equi es a i io a a wa e a ew i s uc io s I ou im eme a io we use e is i g s i a a i io i s uc io s i e ec o u i as we as e sca a o- cesso o o accumu a io us o mo e a wa e esou ces o i s uc io s a e ee e o is o e a io e ec o u i kee s s i i g a o e e eme s i e ec o eg- is e i o a o e o e a i g eac ime e ec o e g egis e ( a ue a e a yi g ec o a i io u i co ai s eig e e sca a ocesso akes o e o ca y ou e emai i g accumu a io s seque ia y e um e eig is c ose ecause o imi a io s i e s i i s uc io o esou ce e icie cy a im eme a io sim ici y e s a e ec o u i oes o co ai a y swi c es e wee e ec o egis e i e a e u c io u i s; i oes o i c u e a y swi c es e wee a ks i e ec o egis e i e 55
a e ec o a Sca a E ecu io imes a ei a io o e C A go i m
a a Si e 3 1 5 51 1 a k (ms ec o 51 1 73 5 9 5 Sca a ime 79 1 9 3 1 7 1 9 a io 1 91 1 3 31 53 a ks (ms ec o 7 9 3 13 5 Sca a 17 37 1 9 a io 1 3 3 a ks (ms ec o 5 1 595 5 9 5 Sca a 5 1 3 391 31 1 7 a io 3 1 7 1 5 3 3 5 59 a ks (ms ec o 1 3 5 1 33 71 Sca a 9 19 15 3 1 71 a io 3 73 1 7 3 7 ei e So e s i i s uc io o y su o s s i si es w ic a e mu i es o e um e o a ks A s i e oa is ee e o e c e ia gu a ec o om e memo y i o e ec o egis e i e e s i e is u a we wi see a e o ow i a ec s e e o ma ce o e mu i- a k MCwS sys em a e s ows e ec o a sca a e ecu io imes a ei a io e sca a ime o e Mic o a e i c u es oo co o ec o i s uc io e a a io a a smissio eig oa i g- oi a i io s coe icie mu i ica io a esu s o age e ec o ime is o e s a e ec o u i We wi see a e o a w e e a io is ess a o e w ic mea s a e ec o u i as some i e ime w e e sca a ocesso is usy e C a go i m ca yie ig e s ee u w e u o wo sca a ocesso s wi a s a e ec o u i Si ce a mos a o e wo k o e sca a ocesso a e ec o u i ca e u simu a eous y ei e ecu io imes ca e o e a e su s a ia y 56
Figure 4.6: Speedup of including a vector unit in a MicroBlaze processor for the DCT algorithm.
Fig. 4.6 shows a large speedup between 3 and 14 when including a vector unit in MicroBlaze. The 2-bank configuration yields the smallest speedup whereas the 4-bank configuration cannot provide better performance than the 1-bank configuration for most data array sizes. This is because the interconnection structure between the memory and the register file induces a delay of three clock cycles for each step of indexed load/store for the multi-bank configuration. There is no such structure for the 1-bank configuration, and thus no such overhead. Also, the 2-bank configuration cannot load two elements in one step using a stride because the stride is always a multiple of two. So the load requires
3 * (a ay z clock cycles, which contributes significantly to the execution time and neutralizes the benefit of multiple function units. The case for the 4-bank configuration is better, but still half of the stride load instructions can only retrieve one element at a time while the other half can only get two per cycle. So, it cannot provide better performance than the 1-bank configuration for most data array sizes. This situation is much better when there are eight banks in the vector unit since only 25% of the stride load instructions get one element per cycle; another 25% can retrieve two and the other 50% can retrieve four. 57
I is case e e e i ue o e mu i- a k s uc u e is mo e omi e us yie i g ig e s ee u a e 1- a k co igu a io o ose cases i a e wi a a io ess a o e im eme i g e C a go- i m o wo sca a ocesso s wi a s a e ec o u i wi u e im o e e e ecu io ime ig 7 s ows e e e a s ee u s
igu e 7 S ee u o wo Mic o a es e sus o e Mic o a e o sys ems wi a ec o u i as a u c io o e a io o ec o a sca a e ecu io imes CHAPTER 5
POWER CONSUMPTION CHARACTERIZATION AND RESOURCE MANAGEMENT FOR MCWSV SYSTEMS
ama ic i c eases i ogic e si y s ee a a u a IP ocks a e ma e GA a - o ms a ea i g a e a i es o S s o ASICs o ig - e o ma ce SOC esig s GAs a e e i e e a a age o eco igu a io e i i i y o i a ious a ica io equi e- me s u o e o e a ie og amma i i y equi es a i io a esou ces a i c ease owe co sum io [ 9] A oug ece GA c i s w ic i co o a e mi - io s o ga es wi a u a o -c i ock memo ies a IP co es ca o i e e oug esou ces o mos SOC esig s e e gy co sum io s i emai s a c i ica issue A as GA ma u ac u i g eac es e a ome e sca e a esig s equi e ig e o e a i g eque cy e owe issi a io o em ecomes o ig e co ce I em e e sys em esig e e gy co sum io is a key sys em e a ua io me ic i a i io o sys em oug u si ce em e e e ices y ica y o e a e i owe co - s ai e e i o me s Cu e GAs equi e i o a i e me o s o ea wi e owe co sum io o em e e a e wo ma o owe co sum io y es s a ic owe a y amic owe ; eac o e oses a u ique c a e ge w e eac i g a ome e ma u ac u - i g ocesses S a ic owe co sum io occu s as a esu o cu e eakage i a sis o s o GAs ma u ac u e wi a 35/μm ec o ogy e yea s ago e s a ic owe co - sum io was eg igi e com a e o e y amic owe u as a sis o s ge sma e a c i o ages ge owe e eakage cu e i c eases a owa ays s a ic owe is ea e i g o ec i se y amic owe [7 ] Si ce e i o uc io o e i e - se ies i i as o ose a ew ma u ac u i g ocess ca e " i e o i e ec o ogy" o so e e s a ic owe o em is me o uses ee ga e-o i e ick esses o a sis o s u i g a i e e s ee s As a esu i e - GAs co sume 5 % ess s a ic owe
58 59
a ei e ecesso s e 13 m i e -II o GAs e i e -5 se ies a so uses is me o o co o s a ic owe co sum io O e a oac es o co o e s a ic owe i c u e owe ga i g o u use GA ogic ocks [71] ua - GA ogic ocks [7 73] a - og amma e GA ou i g [7 ]
e we -k ow o mu a = C 2 f o y amic owe ca cu a io s ows a y- amic owe e e i s om a ec ease i e a sis o si e w ic mea s ec ease ca ac- i y a owe co e o age wi a sma e ocess us e a e o i c ease i y amic owe o s [7 ] u s i e i c ease i eque cy equi es mo e y amic owe co - sum io O e ma o im o eme o y amic owe co o is o use a I co es W e em e e u c io s a e im eme e usi g e ica e a wa e i s ea o co ig- u a e ogic ocks a og amma e i e co ec s ma y ewe a sis o s a e ee e a us muc ess owe is co sume [7 ] Ac ua y e esou ce a owe usage o og amma e i e co ec s ay ma o o es i cu e GA esig s a a ome e ec - o ogies [ 9] I ou MCwS esig em e e u c io u i s a e em oye w e e e ossi e o e icie owe a esou ce usage I C a e 3 we is e e esou ce usage o e MCwS sys em I is C a e we ui a esou ce/ owe usage mo e a ese a a c i ec u e em a e o gui e esou ce/ owe -e icie im eme a io s o MCwS sys ems a ge i g a gi e a ica io s
5.1 Resource/Power Modeling for the MCwSV System I is sec io we ese c a ac e i a io a mo e i g ec iques o esou ce/ owe co sum io o u c io u i s ock memo ies sca a ocesso s a e ec o u i i e MCwS sys em is mo e wi e use i e e sec io o ui esou ce/ owe - e icie MCwS sys ems o gi e a ica io s owe a ow- e e e e gy es ima io oo o i e y i i is use o a a y e e owe co sum io e y ica es ima io ocess is as o ows a e e esig is sy esi e i is ace a ou e o e a ge GA c i a e a i e ci cui esc i io i e ( c i e is ge e a e is c i e 60
eco s a ious a ame e s o e ci cui im eme a io suc as e ice u i i a io ou i g s uc u e c a e ca aci a ce a em e e ock usage O e so wa e si e e esig is simu a e a e a s e /ga e e e a e simu a io eco i es ( c i es w ic eco e swi c i g ac i i ies o a e ogic a wi es o e GA e ice a e ge e a e e owe ca e use o es ima e e owe co sum io ase o e i o ma io o ci cui im eme a io ( c i e a sig a ac i i ies ( c i e W i e is ocess ca o i e accu a e owe es ima io i is e eme y ime co sumi g a e simu a io eco i es equi e uge s o age s ace [75] A so e esu is o y accu a e o e s eci ic a go i m a e e may e o e s o mag i u e i e e ce o o e a ica io s So i ou im eme a io i s ea o usi g e simu a io eco i es we gi e e ca cu a e sig a ac i i ies o owe a ge e a e owe co sum io es ima es o e a ious com o e s GA owe co sum io as ee com o e s e a e o i e e a s o e GA c i co e owe au i ia y owe a i u /ou u owe e a e wo a e e- a e o e I/O s a a s ei g im eme e a a e e ec e o emai a ou e same o i e e ci cui im eme a io s a so wa es i ey a e e same i u /ou u i assig me a ac i i ies So e e we u em asis o co e owe w ic is e owe co - sume y e em e e ogic a sig a s i e e im eme a io s wi g ea y a ec e co e y amic owe co sum io [7 77]
5.1.1 Dynamic Power Consumption of Floating-Point Arithmetic Units e oa i g- oi a i me ic u i s i e MCwS sys em a e ake om e i i ma i a y I o i es si g e/ ou e- ecisio a o e ac io /e o e com i a io s o oa i g- oi a e /su ac o mu i ie i i e com a a o a squa e- oo im eme - a io s Amo g em e mu i ie a a e /su ac o ca e im eme e ei e y S em e e ocks a ogic esou ces o y ogic esou ces o y O e a i me ic u i s a e im eme e y ogic esou ces o y So e e we us gi e e esou ce usage a 61
owe co sum io o mu i ie s a a e s/su ac o s o com a e a ious im eme a- io me o s e i i ma i a y o i es ou i e e ways o im eme e oa i g- oi mu i ie y usi g ogic esou ces o y o e S wi ogic esou ces wo S s wi ogic esou ces a ee S s wi ogic esou ces e im eme a io me o wi mo e S ocks oes o im y ess ogic esou ce usage u aims o o i e ig e ma imum eque cy w ic is ac ie e a a ges a e cy e ogic o y a e - S im eme a io s o i e use e i e a e cy om o c ock cyc es e 3- S im e- me a io o i es use e i e a e cy om o 9 e 1- S im eme a io owe e ca o y o i e a i e a e cy o c ock cyc es e ma imum eque cy o i e y e 3- S - S 1- S a ogic o y im eme a io s is 5 M M 375M a 357M z es ec i e y w ic a e muc ig e a ou a ge e sys em eque cy o 1 M So i s ea o usi g e ma imum a e cy cyc es o ge e ig es eque cy we ca use e co igu a io wi sma e a e cy w ic ca o i e e esu quicke a s i sa is ies e ime equi eme A o e a a age o e sma e a e cy cyc es is ess e- sou ce usage a ess owe co sum io a ge a e cy im ies ee e i e i e a us mo e esou ce usage us i ou im eme a io we c oose e sma es a e cy cyc es w ic ca sa is y e 1 M equi eme w ic is wo c ock cyc es u e ec ease i e a e cy cyc es wi cause a imi g o em ecause e 1- S im eme a io ca o y o i e a i e um e o a e cy cyc es we wi o co si e i us i a 5 1 we o y s ow e esou ce a owe co sum io o e ogic o y - S a 3- S mu i ie im eme a io s wi a o em a i g a a e cy o wo c ock cyc es o e oa i g- oi a e /su a o e i i ma i a y o y o i es wo ki s o im e- me a io s ogic esou ces o y a - S wi ogic esou ces Simi a y e a e cy o wo c ock cyc es is c ose ; e esou ce a owe co sum io a e a so s ow i a 5 1 As s ow i a 5 1 e mu i ie wi e - S im eme a io uses 5% a 3 9% ess owe com a e o i s ogic o y a 3- S im eme a io a e a i es So e
a e 5 1 esou ce Usage a y amic owe Co sum io o IEEE Si g e- ecisio Us o e i e -5 GA
O e a io y e S s U s s S ices owe (mw Mu i y S E (3- S 3 3 77 11 5 S E ( - S 3 1 1 73 ogic 3 1 3 33 75 A /Su ac S E ( - S 51 5 79 7 ogic 7 7 5
- S im eme a io is c ose o e si g e- ecisio oa i g- oi mu i ie s i ou MCwS sys em o e si g e- ecisio oa i g- oi a e s e wo im eme a io me o s co sume a mos e same owe owe e we s i c oose e S co igu a io ue o ess s ice usage i o e o ea e ogic esou ces a ai a e o o e ogic a ou i g u i s ou e- ecisio Us co sume muc mo e esou ce a owe com a i g o ei si g e- ecisio e sio s A ou e- ecisio mu i ie ase o e a e cy co igu a- io ca co sume a y amic owe om 1 mw o 3 mw
5.1.2 Dynamic Power Consumption of Dual-Port Block Memories e e a e 3 -K i ua - o ock memo ies i e a ge GA c i a ey a e use as oca i s uc io / a a memo y s a e a a memo ies a I Os Eac o as a e a e i o owe o e ock memo y W e o o s a e isa e o y c ock owe is co sume So e ock memo y s ou e isa e o owe e icie cy w e i is o i use ig 5 1 s ows e y amic owe co sum io wi ou i c u i g e c ock owe o o e 3 -K i em e e memo y ock a i e e e a e a es e ua - o i e s ows e owe co sum io w e o o s a e use assumi g e same e a e a es; e 6
igu e 5 1 y amic owe co sum io o o e memo y ock S e e a e a e
igu e 5 y amic owe co sum io o e ua - o memo y S e ogg e a e si g e- o i e s ows e owe co sum io w e o y o e o is use a e o e o e is a ways o e ogg e a e is assume o e 1 % i is igu e ig 5 s ows e owe co sum io o e ua - o ock memo y a i e e ogg e a es assumi g a e e a e a e is 1 % O e 3 K- i memo y ock ca a so e co igu e as wo i e e e 1 K- i memo y ocks Eac 1 k- i memo y ock co sumes a e owe o e 3 K- i memo y wi e same eque cy e a e a e a ogg e a e 64
a e 5 esou ce Usage a owe Co sum io o a Mic o a e w/wo U Su o
esou ces owe (mw S s AMs U s s S ices y amic S a ic wo U 3 1 5 (3% 95 (3% 1 7 (5% 93 9 11 37 w U 7 1 5 ( % 1 (5% 5 ( % 13 1 19
. . r C n pt n f M r l z l t n nt Un t Mic o a e as some o io a ea u es a ca e co igu e w e ee e Amo g ese ea u es e U is esou ce/ owe co sumi g So e e we s u y e wo cases o e- sou ce/ owe co sum io Mic o a e wi o wi ou U su o e co igu a e U o Mic o a e i c u es a i i e a mu i ie a a e /su ac o a com a a o a a s i e Mic o a e ca o y e co igu e o i c u e a o o e o ese u c io u i s e esou ce usage a y amic owe wi o wi ou e U co igu a io a e s ow i a e 5 I is a e we use 12.5% as e e au ogg e a e o asy c o ous sig a s e e au ogg e a e o 1 5% is wi e y acce e i owe a a ysis a is e i e y a a y i g o e 1 o ie a y e c ma k esig s [ 9] om a e 5 i ca e see a a Mic o a e wi U su o equi es 5 % mo e esou ces a 3% mo e owe e y amic owe co sum io o a Mic o a e w/wo a U a o e ogg e a es is s ow i ig 5 3
. .4 r C n pt n f th t r Un t f r ff r nt C nf r t n a e 5 3 s ows e esou ce usage a owe co sum io o e ec o u i i e MCwS sys em u e i e e co igu a io s wi ou e a e sig a s o ock memo- ies Com a e o e 13 mw co sume y o e Mic o a e wi U su o ou ec o u i o e 1- a k co igu a io ee s qui e mo e owe e e wi simi a esou ce us- age is is mai y ecause e mu i- o ock memo ies co sume o s o owe As esc i e i C a e 3 ou eig - o 1 K ec o egis e is im eme e y ou 3 K 65
igu e 5 3 y amic owe co sum io o a Mic o a e w/wo a U a i e e ogg e a es
a e 5 3 esou ce Usage a owe Co sum io o e ec o U i Wi ou E a e Co o o ock Memo ies
AMs esou ces owe (mw S s 1 K 3 K s ices y amic S a ic 1 a k 3 7 (7% 9 15 9 a ks 3 3 71 (1 % 3 3 3 7 a ks 1 3 75 (1 % 53 5 31 3 a ks 3 11 73( 3% 1 5 9
ock memo ies usi g ime-mu i e i g a i s o e a i g eque cy is ou imes e sys- em eque cy Simi a y e si - o sca a egis e s a e im eme e y a 1 K ock memo y wi a o e a i g eque cy w ic is ee imes e sys em eque cy ake e e am e o e ec o egis e i e; i a e ock memo ies a e e a e a a 1 5% ogg e a e e e ock memo ies wi equi e 3 = 1 9 mw 3 is e owe co - sum io o e 3 K ock memo y a 1 M wi a 1 5% ogg e a e e e a e ou suc ocks i e sys em a ey a e a u i g a M so e o a owe co sum - 66
a e 5 y amic owe Co sum io o e AMs a e
E a e a e owe (mw AM owe (mw 1 a k 1 5% 13 9 a ks 5% 7 3 11 3 a ks 5 % 5 19 a ks 1 % 1 9 3 13
io is ca cu a e as a o e is um e is e e a ge a e owe co sum io o e w o e sys em o a Mic o a e wi ou U su o So i is ecessa y o co o e owe co sum io o e ock AMS o e owe e icie cy o e e i e sys em e e a e sig a s o e AM s ou e se acco i g y o ess owe co sum io Co si e i g a a o e AM o e 3 K co igu a io ca e isa e i i is co s uc e y wo 1 K AM ocks eig 1 K AMs wi e use o e ec o egis e i e i s ea o ou 3 K AMs o owe e icie cy o e wo s case a ee u c io u i s i e ec o ocessi g u i a e u simu a eous y a a e eig o s a e occu ie e e e a e a e o e AMs a e y amic owe co sum io o o eac a k co igu a io a e s ow i a e 5 A 1 5% ogg e a e is assume e e W e e co igu a io i a e 5 is use i e ec o u i i s owe co sum io ca e e- uce om 9 mw 3 3 3mw 53 5mw o 1 5 3 mw 1 7mw a 79 1mw es ec i e y o e 1- - a - a k co igu a io a e 5 5 s ows e esou ce usage a owe co sum io o e ec o u i wi e a e co o o e ock memo ies ig 5 s ows e e ce age o owe co sum io a e s ice usage o eac com o e i e ec o u i I ca e see a e mu i- o ec o egis e i e a sca a egis e i e co i u e sig i ica y o e owe co sum io a esou ce usage i e ec o u i So a ea a owe e icie mu i- o egis e i es a e c i ica i e ec o ocessi g u i esig u imi e y e cu e GA esou ces we ca o a e a e e im eme a io me o 67
a e 5 5 esou ce Usage a owe Co sum io o e ec o U i wi E a e Co o o e ock Memo ies
AMs esou ces owe (mw S s 1 K U s i - o s s ices y amic S a ic 1 a k 11 1 7 ( % 9 9 (3% 7 (7% 1 5 3 15 9 a ks 11 ( % 1 59( % 3 71 (1 % 51 7 7 a ks 1 11 3 9 (11% 191 ( % 75 (1 % 79 1 31 3 a ks 3 11 5199 (1 % 3 3 (11% 73( 3% 1 5 9
igu e 5 e ce age o owe co sum io a s ice usage o e ec o u i wi e 1- a k co igu a io
5.2 Power/Resource-Efficient MCwSV Systems for Various Applications I C a e 3 a MCwS sys em wi wo Mic o a e ocesso s a a s a e ec o ocessi g u i was esig e a im eme e o e a ge GA I s e icie cy was s ow i C a e y u i g ee es e c es o i owe e is o ga i a io was o o imi e o a ious a ica io s wi i e e e ce ages o ec o i a io u o e o e a e MCwS sys em was esig e o easy sca a i i y o o e ia y i co o a e i e e um e s o sca a / ec o u i s a a ious u c io u i s A so e e i i i y i e e o e GA ca ai e ask o ma c i g i e e a ica io s ese e e i s ca e ake i o accou o c ea e a o imi e MCwS sys em o eac s eci ic 68
equi eme o em e e sys em esig e a ea owe a sys em oug u a e ee me ics o o e a sys em e a ua io ; a o imi e sys em s ou e ase o a goo a e- o amo g em I is sec io we ui a a c i ec u e amewo k o e o ma ce a esou ce ma ageme o gui e co igu a io o e MCwS sys em a ge i g a i e e a ica io s e a ge MCwS sys em a c i ec u e as e o owi g key ea u es
• A ec o u i w ic ca e co igu e o co ai a ious y es a um e s o u c- io u i s a i e e um e -o - ec o - egis e s/ ec o -si e ai s
• Mu i e Mic o a e sca a ocesso s wi o wi ou U su o
• ese mu i e sca a ocesso s a e o ga i e i e mas e -s a e mo e w e e o e sca a ocesso co o s eac ime commu ica io s wi a e o e s
• ese mu i e sca a ocesso s ca s a e e ec o u i y se i g i s uc io s o e a e ia s a a us i e aces
• ese mu i e sca a ocesso s a e ec o u i s a e e a a i e s a e a a memo y ia a memo y access a i a o
• e Mic o a e ocesso s a e ec o u i use i e e c ock e wo ks i e GA; us ey ca e isa e i i i ua y o owe e icie cy
e a c i ec u a esig is ase o e a a ysis o sca a / ec o e ecu io imes a esou ce/ owe co sum io s o a ious com o e s is ocess is i e y a a y i g e a ge a go i ms A e e e e i e a c i ec u e em a e wi gi e e co igu a- io o e MCwS sys em wi e y e a um e o Us i e s a e ec o u i a e um e o sca a ocesso s a ei co igu a io e ima y goa is o i a ea -o ima co igu a io ase o cos - e o ma ce a eo s o eac gi e a ica- io ig 5 5 o i es a o e iew o e oce u e o a c i ec u e em a e c ea io I is em a e M i ica es e um e o Mic o a e ocesso s w ic a e use as sca a ocesso s i e sys em n i ica es e um e o a ks i e ec o 6
igu e 5 5 O e iew o e oce u e o a c i ec u e em a e c ea io u i I e o uc M = T * E * R o e ecu io ime e e gy co sum io a esou ces is use as e esig me ic e e e e a c i ec u e w ic ca o i e e sma es M is co si e e o e e o imi e esig o com u a io -i e si e a go i ms wi oa i g- oi ca cu a io s w ic a e e ima y a ge o ou MCwS sys ems ge e a y a ew ocks o co e co sume mos o 7
e o e a e ecu io ime [7 ] ese ocks a e usua y e ese e y oo s e ec- o i a io ocess o e a c i ec u e em a e is ac ua y ase o oo a a ysis o ese ocks w ic is e i s ask i e ocess ec o i a io a e e o me o e oo s w ic as o ow e e e ce a c oss-i e a io e e e ce em o a y s o age s ace a oo s i i g a e use w e ecessa y o emo e e e e ce i some oo s a ey make a ia ec o i a io ossi e e sca a a ec o a i io s a e ocesse a ei e ecu io imes o e sca a ocesso a e ec o u i o e 1- a k co igu a- io a e es ima e We assume a e sca a a ec o co es u e c usi e y o e sca a a ec o u i s a e sca a ca cu a io ca e i i e i o se e a a s a u i e- e e y o se e a Mic o a e E am es a e s ow i Sec io 5 e i e sca a e ecu io ime is a ge a e ec o e ecu io ime e um e o ec o a ks is se o o e a e um e o Mic o a es is i c ease y o e a eac s e e esig me ic M is e ca cu a e o eac co igu a io ase o e es ima e sca a / ec o e ecu io ime a e esou ce/ owe mo e i g ui i e e ious sec io e sca a / ec o ime es ima io wi e e ai e i e o owi g su sec io is ocess s o s w e i c eas- i g e um e o Mic o a es esu s i a i c ease o M e ec o a k um e is se o o e ecause e uci g e ec o e ecu io ime wi o e uce e o a e ecu io ime i is si ua io e mo e a ks i e ec o u i o y mea s mo e esou ce use a ig e owe co sum io I c easi g e um e o sca a ocesso s ca e uce e sca a e ecu io ime o o io a y o some a ica io s as s ow i Sec io 5 a us e uce e o a e ecu io ime u mo e Mic o a es e i i e y mea mo e esou ces o e use so a a eo s ou e ma e e wee esou ces use a e ecu io ime w ic i ou im eme a io is i e e e as i i g e sma es M I e o e si ua io w e e e sca a e ecu io ime is ess a e ec o e ecu io ime e um e o Mic o a es is se o o e a M is ca cu a e o a ious a k co - igu a io s i e ec o u i e um e o a ks a o uces e sma es M is c ose o e ec o u i 71
5.2.1 Scalar/Vector Execution Time Estimation e e we gi e a sim i ie es ima io mo e o e sca a / ec o e ecu io imes o sca a e ecu io ime es ima io we ee o em asi e e e a a oug Mic o a e is a 5-s age i e i e ISC ocesso i oes o i e i e e oa i g- oi i s uc io s oa i g- oi mu i ica io o a i io ee s si c ock cyc es oa i g- oi com a iso ee s ee c ock cyc es a oa i g- oi i isio ee s 3 c ock cyc es o sim i y e es ima io mo e we use e c ock a e cy eco e i e Mic o a e e e e ce ma ua [79] o e sca a i s uc io s wi ou co si e i g a a s is me o oug o e y accu a e is e oug o ou oo -o -co ce wo k e e e ime a a a s ows a w e com a i g wi e ea e ecu io ime is es ima io mo u e as a e o e ce age om — % o e sym o "—" i ica es a e es ima io mo u e a ways u e es- ima es e e ecu io ime w ic ma c es ou assum io o o co si e i g e a a s I o uci g e a e age s a cyc es i e es ima io mo u e wi gi e mo e accu a e esu s a ca e s u ie i u u e wo k o oo s w ic ca e ec o i e e o imi e og am o e ec o u i wi e w i e y e og amme ma ua y a e i s uc io s wi e ea i o a sim i ie mo e o ec o e ecu io ime es ima io Co si e i g a e ec o u i i e MCwS sys em su o s c ai i g a e co e is o imi e y a mos e ecu io imes o i - e e Us ca e o e a e So we o y ake e a ges e ecu io ime o o e U u e i e a s i e oa s/s o es a e e ce io s ecause ei e a io ca o e eci e i u ime a ey o o su o c ai i g ei e So ei e ecu io imes a e ca cu a e se a a e y ake e e am e o ee u c io u i s i e sys em oa i g- oi mu i ie oa i g- oi a e a oa /s o e u i ; e ec o e ecu io ime is es ima e as s ow i ig 5 I is igu e wo is e a e cy o e oa i g- oi mu i ie a a e ou is e e ecu io ime o a sca a i s uc io e ecu e o a U co o a a ee is e a e cy o eac oa I/s o e I a oa S/s o e S i uce y e c oss a e wee e mu i- a k memo y ocks a e egis e i e ocks A G is e a e age um e 7
igu e 5 Es ima io mo e o e ec o e ecu io ime o oa s/s o es a o e c ock cyc e o e oa I/s o e I a oa S/S o e S i s uc io s A G is ca cu a e assumi g e u i o m is i u io o e um e o oa s/s o es oug ou e a k I is e um e o a ks i e ec o u i A G ca e ca cu a e y e o owi g equa io
Simi a o e sca a ime es ima o w e com a e wi e ea e ecu io ime e ec o ime es ima io mo e a ways u e es ima es e ime ecause i oes o co si e a a s ei e ake e e am e o e G YIQ a go i m; i s i s uc io o i i g o 73
e ec o u i is s ow i ig 5 7 e e ce age o e o e wee e ea a es ima e ec o e ecu io imes is s ow i ig 5 I ca e see a e e o e ce age o e ec o es ima io ime i c eases wi e um e o a ks a ec eases wi a a si e i c eases e easo is a a ge a a si es a sma e um e s o a ks mea a ig e e ce age o U ec o e ecu io ime i e o e a e ecu io ime w ic is es ima e wi ig e accu acy ecause e e a e o a a s o e ecu io s i a y gi e U a e a a s e wee i e e Us a e eg igi e
igu e 5 7 I s uc io o i i g o e G YIQ a go i m o e ec o u i
igu e 5 E o e ce age o e ec o ime es ima io mo e o e G YIQ a go- i m 74
5.2.2 Application-Specific MCwSV (AS-MCwSV) System for Power/Resource Effi- ciency
In this section, we produce optimized configurations for two applications using the afore- mentioned architecture template process. They are the RGB2YIQ algorithm and the de- modulation algorithm, which were used as testbenches in Chapter 4. These two algorithms represent two situations for architecture template creation, as shown in Fig. 5.5. RGB2YIQ conversion represents the case where the vector execution time is larger than the scalar ex- ecution time. In this case, the number of MicroBlazes is set to one and we need to find the optimized bank configuration for the vector unit. The demodulation algorithm represents the other case where the scalar execution time is larger than the vector execution time. In this situation, the number of banks in the vector unit is set to one and we need to find out how many scalar processors should be included in the MCwSV system.
5.2.2.1 AS-MCwSV System for RGB2YIQ Conversions. The main part in the RGB2-
YIQ algorithm is a FOR loop without any flow dependencies and cross-iterations. It can be fully vectorized for the vector unit. The scalar processor is only used for loop con- trol, preparing and transferring vector instructions. Its execution time is much less than the vector execution time. So for this algorithm, the AS-MCwSV system only needs one MicroBlaze without FPU support. The vector unit should have floating-point multipliers and adders/subtractors for the RGB2YIQ algorithm. We need to determine the bank con- figuration for the vector unit.
In our design, each MicroBlaze processor and the vector unit use different clock networks that can be turned off if the corresponding scalar processor(s) or vector unit are in the idle status. So the energy consumption is composed of the following four parts:
• Active power of the vector unit.
• Standby power of the vector unit.
• Active power of each MicroBlaze. 75
• S a y owe o eac Mic o a e
W i e e ac i e owe is com ose o e y amic owe a e eakage owe e s a y owe is o y e eakage owe Si ce e es ima io o e e ecu io ime was e ai e i e e ious sec io e e we wi ocee o e o e s e s s ow i ig 5 5 o is a go i m e e ecu io ime o Mic o a e is sma a ca e assume as o a y o e a i g e ec o e ecu io ime So e owe co sum io o is a ica io is com ose o e ac i e/i e owe o Mic o a e a e ac i e owe o e ec o u i ake e e am e o 3 a a i ems ocesse y e MCwS sys em e ec o egis e si e is se as 3 a so o ma c e a a si e o e 1- a k co igu a io e es ima e ec o a sca a e ecu io imes a e 3 93/μs a 1 1 μs es ec i e y e o a e e gy co sum io o 79/ / is ca cu a e as s ow e ow usi g e owe co sum io mo e we ui i e e ious sec io 76
igu e 5 9 E ecu io ime a owe es ima io o e MCwS sys em o a ious a a si es a i e e a k co igu a io s o e G YIQ a go i m
igu e 5 1 o ma i e esig me ic (M o a ious a a si es a i e e a k co - igu a io s
I e same ca cu a io is e o me o o e a k co igu a io s a a a si es ig 5 9 s ows e es ima e e e gy co sum io ase o owe mo e i g a e es ima e e ecu io ime acco i g o e a o e equa io s I s ows a as e a a si e i c eases e e e i o a ge um e s o a ks ecomes mo e sig i ica e o ma i e esig me ic M r En r is s ow i ig 5 1 I ca e see om is igu e a o e Mic o a e wi e - a k co igu a io is e es c oice o a ge a a si es g ea e a 5 ; o sma a a si es ike 3 e - a k co igu a io is e mos e icie so u io o o e a a si es e 77
- a k co igu a io is e es c oice So o G YIQ co e sio s e AS-MSwS sys em is o e Mic o a e ocesso wi ou U a a ec o u i wi e - - o - a k co igu a io o a ious a a si es
5.2.2.2 AS-MSwSV System for the Demodulation Algorithm. As esc i e i C a - e e a go i m is com ose o ee a s I i e i g is a ce ca cu a io a is- a ce com a iso Amo g em I is a esse ia y seque ia a a as o e u o o e Mic o a e e is a ce ca cu a io a is a ce com a iso ca e i i e i o se e a a s o e u simu a eous y o mu i e ocesso s A e is a ce ca cu a io a ca e u e ec o i e So i e MSwS sys em is a ce com a iso wi e u o mu i e sca a ocesso s a is a ce ca cu a io wi e u o e s a e ec o u i Mos o ei e ecu io imes ca e o e a e Assume a e sys em as a 3- a I a 3 oi s i e sig a co s e a io ; e o 1 i u a a e sca a e ecu io ime o FIR a is a ce com a iso is 5 ms a 1 ms es ec i e y e es ima e ec o e ecu io ime o is a ce ca cu a io is 1 15ms ms ms a 55ms o e 1- - - a - a k co igu a io s I is case e sca a e ecu io ime is muc a ge a e ec o e ecu io ime a e um e o a ks i e ec o u i is se o o e as e ai e e o e We ee o i ou ow ma y sca a ocesso s s ou e i c u e i e AS-MCwS sys em o e emo u a io a go i m ecause a o e sca a ocesso s ee o ea wi oa i g- oi ca cu a io s eac Mic o a e is co igu e o i c u e U a wa e su o W e mu i e sca a ocesso s a e em oye i e sys em ey a e o ga i e i e mas e -s a e mo e wi o e Mic o a e co o s eac ime commu ica io s wi a e o e ocesso s ask i isio is ma e a s a ic ime a e og ams a e e oa e o o eac Mic o a e e o e e ecu io o e emo u a io a go i m e is a ce com a i- so a ca e i i e o u o se e a Mic o a es i e e e y a ese Mic o a es ee o commu ica e u i g e ecu io As e ai e i C a e e o e ea i uce 7
a e 5 Es ima e E ecu io ime o e emo u a io A go i m
Mic o a es 1 3 5 I (ms 5 5 5 5 5 5 is a ce Com a iso (ms 1 3 9 7 1 5 1 7 1 3 is a ce Ca cu a io (ms 1 15 1 15 1 15 1 15 1 15 1 15 o a (ms 7 3 7 5 1 1 5 1 73
y se e a Mic o a es is eg igi e So e e ecu io ime o is a ce com a iso is e uce a mos o o io a y wi i c eases i e um e o sca a ocesso s A e e ecu io ime o I a is a ce ca cu a io emai s e same e es ima e e ecu io ime is s ow i a e 5 ase o e ime es ima io mo u e ecause e is a ce com a iso ime ca e o e a e wi e is a ce ca cu- a io ime e o a e ecu io ime is e sum o e a ge o ese wo um e s a e I ca cu a io ime e owe co sum io is e ca cu a e ase o e es ima e e ecu io ime a owe mo e i g e o a owe co sum io is e sum o e owe o eac Mic o a e i e sys em a e owe o e s a e ec o u i Si ce a Mic o a es a e e same co igu a io we use y amic eakageMMB o a e ese ei y amic owe a eakage owe ake e e am e w e e e e a e wo Mic o a es i e sys em 79
We e o m e same ca cu a io o a e o e si ua io s a a e 5 7 s ows e o a e ecu io ime owe a a ea co sum io ig 5 11 s ows e o ma i e a ues o e esig me ics e o ma i e e ecu io ime e o ma i e r En r a e o ma i e En r r W e M En r r is
a e 5 7 E ecu io ime a esou ce/ owe Co sum io o e emo u a io A go- i m
Mic o a es 1 3 5 E ecu io imes(ms 7 3 3 1 1 5 1 73 e ce age o s ices 15% 3% 31% 39% 7% 55% owe co sum io (m 1 3 1 1 1 7 1 9 1 80
Figure 5.11: Normalized design metrics. taken as the design metric for the demodulation algorithm, the right part in Fig. 5.11 shows that the AS-MSwSV system for demodulation algorithm should have three MicroBlazes with a shared vector unit. The vector unit should be configured with 1-bank having a multiplier and an adder. All the MicroBlazes should have FPU support. CHAPTER 6
CONCLUSIONS AND FUTURE WORK
6.1 Conclusions The work in this isse a io s ems om e o se a io a ec o ocessi g ca eas- i y ou e o m Su e sca a a IW a oac es o a ay-i e si e a go i ms w i e e- mai i g a ea a owe e icie e ac a ec o ocessi g e oi s DLP a so makes a e sim e e so wa e/ a wa e im eme a io o ec o o e a io s A o ese ac s make e ec o s uc u e a sui a e a oac o em e e a ica io s wi a u a DLP. A so ew GA ge e a io s emo s a e sig i ica im o eme s i e si y s ee a s uc u e w ic make em easi e o SOC esig s So we i s esig e a im- eme e a og amma e ec o ocesso o a si g e-c i a ge i g em e e sys ems I su o s ge e a - u ose i s uc io s a is equi e wi ig - e o ma ce Us A mu i a k s uc u e is em oye i e ec o ocesso o a ea a owe e icie cy Ma- i mu i ica io a i ea equa io so e s wo ki s o e ese a i e com u a io - i e si e e c ma k a go i ms we e u o e ec o ocesso e esu s a e e e a ose o comme cia Cs o a ge ma ices es i e muc owe eque cy ue o e GA s uc u e Wi e as e e o me o GA ec o ogies mo e e o ma ce gai s s ou e e ec e i e ea u u e e ocus i e seco a o is isse a io e MCwS sys em s ems om e ac a ece esea c o G ocesso esig as s i e om e oi i g mo e I o mu ico e esig s e oi i g ima i y ecause o e i c easi g i icu y i ge i g mo e ILP from a ica io s owe e o cu e mu ico e ocesso co ai s a ea y owe u ec o u i w ic is e mos e icie way o e oi DLP. Co si e i g a ec o u i equi es ma y a wa e esou ces a mos ge e a - u ose a ica io s ca o y e a ia y ec o i e I e MCwS sys em e ec o ocessi g u i se es as a s a e
81 co ocesso o e esi e sca a ocesso s e o e a s uc u e ca e e icie y e - oi a ee ki s o a a e ism I a e im eme e MCwS sys em i is isse a io co ai s wo sca a ocesso s a o e s a e ec o u i I is o o y e o a i i i e -5 GA a o m e Mic o a e so ocesso co e om i i is use as e sca a ocesso a e ec o ocessi g u i is e e o e o commu ica e wi e Mic o a es oug s a a i e aces a s a e a a memo ies esi es e mu i a k s uc u e em oye i e i s a o ou wo k e s a e ec o u i i is a is a so o ga i e i a ecou e way o aci i a e ease o c ai i g a a so o o i e u e e o ma ce i c eases e i comi g i s uc io s eam is s i i o ee i e e su s eams o e ee u c io u i s w ic ca e u ica e i o se e a a ks e ec o ocesso ca e co igu e o a e a ious ki s a i e e um e s o u c io u i s a i e e um e -o - ec o - egis e s/ ec o -si e ai s ase o e equi eme s o a ica io s a esou ce/ owe usage e s a a i e aces o e sca a ocesso s as we as e ecou e o ga i a io o i e goo sca a i i y i e MCwS sys em ee es e c es we e u o e sys em I was s ow a ou MCwS sys em ca yie sig i ica e o ma ce i c eases w i e mai ai i g a ea e icie cy owe e e MCwS sys em wi wo Mic o a es a a s a e ec o u i is o a ways e o imi e sys em co igu a io o a ious a ica io s wi i e e e - ce ages o ec o i a io So i a y e i a o ou wo k ocuse o ui i g a a c i ec u e em a e o e o ma ce a esou ce ma ageme a gui i g co igu a- io ecisio s o e MCwS sys em o eac gi e a ica io e ecisio is ase o e a a ysis o sca a / ec o e ecu io imes a esou ce/ owe co sum io s o a ious com o e s A e e e a c i ec u e em a e gi es e co igu a io o e MCwS sys em wi e y e a um e o Us i e s a e ec o ocesso a e um e o sca a ocesso s a ei co igu a io e ima y goa is o i a ea -o ima co igu a io ase o cos - e o ma ce a eo s o eac gi e a ica io I ou im- eme a io e o uc M = En r r o e ecu io ime owe a 3 a ea is use o gui e co igu a io s e MCwS sys em w ic ca o i e e sma - es M is ake as e o imi e o e wo e am es we e gi e o s ow ow o ui a o imi e MCwS sys em o eac s eci ic a ica io o e emo u a io a go i m e o imi e MCwS sys em i o es ee Mic o a e ocesso s wi U su o a a 1- a k s a e ec o u i ; o e G YIQ a go i m e o imi e sys em ee s o e Mic o a e wi ou U su o a a s a e ec o u i w ic as - - o - a k co igu a io o a ious a a si es esi es i s use as a s a a o e sys em o em e e a ica io s e MCwS sys- em ca a so e use as a o o y e o esea c i i co o a i g a ec o co ocesso i o cu e mu ico e ocesso s Ou wo k emo s a es e e ec i e ess o a s a e ec o u i i e mu ico e ocesso e i o me e same co ce cou e a ie o e s a i g o o e u i s as we
6.2 t r W r Mo e esea c cou e o e o e y amic eco igu a io o e MCwS sys em i e ms o c a gi g e U y e/ um e y amica y o e ec o ocesso a /o im- o i g mo e sca a ocesso s e eco igu a io ime s ou e ca cu a e a com- a e wi e es ima e com u a io ime i ossi e o eci e i e eco igu a io s ou a e o o i e e ask sc e u i g o icies o e a ou - o i cou e s u ie o e am e a a e a i e sc e u i g me o o a ow a ea o u u i i ocks ue o a a a o esou ce a a may e a e e c oice o some asks I a i io e e o ma ce o e MCwS sys em is ig y e e e o ask sc e u i g e wee e sca a ocesso a e ec o u i as we as o og am ec- o i a io e cu e a oac is ei e o a e o ge e a I is ecessa y o e o e a guages a com i e s o su o og am ec o i a io a ask i isio so e i e e ea u es o e MCwS sys em cou e u y u i i e REFERENCES
[1] Mic o a e ocesso a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www i i com/ o uc s/ esig _ esou ces/ oc_ce a /mic o a e m [ ] A a e so a e essy Computer Architecture: A Quantitative Approach, e Sa Ma eo Mo ga Kau ma [3] Waw y ek K Asa o ic Ki gs u y o so eck a Mo ga "S e -II A ec o mic o ocesso sys em " IEEE Computer, o 9 o 3 79- 199 [ ] e 3 O 5 is a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www o 5 o g/ is s/ / [5] u iga M a ey W i e a Wo ey "Ea y e a ua io o e C ay " i SC'03: Proceedings of the 2003 ACM/IEEE Conference on Supercomputing, 3 1 [ ] S a a a M Yokokawa a S Ki awaki " e Ea simu a o sys em " NEC Research and Development, o 1- 3 [7] S i e W a y U Ka asi K ai a y A o e - agu as Ma so a Owe s "A a wi -e icie a c i ec u e o me ia ocessi g " i Interna- tional Symposium on Microarchitecture, 199 3-13 [ ] Ge is S Wi iam C Ko y akis a a e so " I AM-1 A me ia-o ie e ec- o ocesso wi em e e AM " i Student Design Contest, the 41st Design Automation Conference, [9] C Ko y akis a a e so " ec o s su e sca a a IW a c i ec u es o em- e e mu ime ia e c ma ks " i The 35th Annual IEEE/ACM International Sym- posium on Microarchitecture (MICRO-35), 3 — 93 [1 ] a C e C ou Y i a g iu Wei a i "A em e e eco - igu a e SIM S wi ca a i i y o ime sio -co o a e ec o ocessi g " i ICCD'04: Proceedings of IEEE International Conference on Computer Design: VLSI in Computers and Processors, Oc — 51 [11] C e C ou a e c "A eco igu a e a c i ec u e o ig e o ma ce em e - e S co e wi ec o ocessi g a i i y " i Proceedings of the 5th International Conference on ASIC., Oc 3 377-3 [1 ] S i oi e Sc u Oku a a C Ko y akis " ec o a e ea i g " i ICPP'06: Proceedings of the 2006 International Conference on Parallel Processing. Was - i g o C IEEE Com u e Socie y 55- [13] e Ce o ec a IBM esea c a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www esea c i m com/ce /
84 5
[1 ] K Asa o ić " ec o mic o ocesso s " isse a io U i e si y o Ca i o ia e ke ey 199 [15] S G a am M S i a C A a e so Getting up to Speed : the Future of Supercom- puting. Was i g o C a io a Aca emies ess 5 [1 ] a i a Gi a gis Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Intro- duction. ew Yo k Y o Wi ey So s I c [17] Koo ma "Em e e sys em esig issues ( e es o e s o y " i ICCD'96: Pro- ceedings of the 1996 International Conference on Computer Design, VLSI in Com- puters and Processors, Was i g o C 199 31 [1 ] C Ko y akis "Sca a e ec o me ia- ocesso s o em e e sys ems " isse a- io U i e si y o Ca i o ia e ke ey [19] C Ko y akis a a e so "O e comi g e imi a io s o co e io a ec o o- cesso s " i Proceedings of the 30th Annual International Symposium on Computer Architecture, 3 399- 9 [ ] e Em e e Mic o ocesso e c ma k Co so ium a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www eem c o g/ [ 1] Gee "I us y e s C i make s u o mu ico e ocesso s " Computer, o 3 o 5 11-13 5 [ ] Ge e a M Kowa ik "Mu i-co e ocesso s ew way o ac ie e ig sys em e o ma ce " i PARELEC'06: Proceedings of the International Symposium on Par- allel Computing in Electrical Engineering. Was i g o C IEEE Com u e Soci- e y 9-13 [ 3] S a ak is a a wa M U o a K ai " e im ac o e o ma ce asymme y i eme gi g mu ico e a c i ec u es " i ISCA'05: Proceedings of the 32nd Annual International Symposium on Computer Architecture, Was i g o C 5 5 - 517 [ ] I e Mu i-Co e ec o ogy a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www i e com/mu i-co e/i e m [ 5] AM Mu i-Co e ocesso s a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //mu ico e am com/e / [ ] Su U1 aS A C 1 ocesso a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We www su com/ ocesso s/U aS A C- 1/ [ 7] A i K Asa o ic C iou C oe C Ko y akis S - u M Oski a e so a aey a Waw y ek " am esea c acce e a o o mu i e ocesso s - a commu i y isio o a s a e e e ime a a a e W/SW a o m " EECS e- a me U i e si y o Ca i o ia e ke ey ec e UC /CS - 5-1 1 5 86
[ ] - C e C -M su a S - Wu " e i e e e oge eous mu ico e a c i ec u es o e sa i e me ia ocessi g ia cus omi e o g i s uc io wo s " IEEE Trans. Circuits Syst. Video Techn., o 15 o 5 59- 7 5 [ 9] G ico escu S Yoo A ouc ima a A A e aya " a i a io i a com o e - ase esig ow o mu ico e SoCs " i ISSS'02: Proceedings of the 15th International Symposium on System Synthesis. ew Yo k Y ACM ess 1 -1 7 [3 ] Kuma yu a a M u se "I e co ec io s i mu i-co e a c i ec u es U e s a i g mec a isms o e ea s a sca i g " i ISCA'05: Proceedings of the 32nd Annual International Symposium on Computer Architecture. Was i g o C IEEE Com u e Socie y 5 - 19 [31] G u " e ma mo e i g o mu i-co e ocesso s " i ITHERM'06: The 10th Inter- society Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronics Systems., 9 -1 [3 ] C u "C ea i g a amewo k o e e o i g ig - e o ma ce we se e s o e A M " a e accesse ec 1 om e Wo Wi e We ci esee is su e u/ 3 93 m [33] M Gsc wi "C i mu i ocessi g a e ce oa a e gi e " i CF'06: Proceed- ings of the 3rd Conference on Computing Frontiers, 1- [3 ] a u o ic "A o e iew o a a ces i eco igu a e com u i g sys ems " i Hawaii International Conference on System Sciences, 1999 [35] ysag a A Su a ma yam "Gues e i o s i o uc io A a ces i co ig- u a e com u i g " IEEE Design & Test of Computers, o o 5- 9 Ma -A 5 [3 ] A ue M A o a W K ei e e E s Splash2 : FPGAs in a Custom Computing Machine. os A ami os CA IEEE Com u e Socie y ess 199 [37] C C a g Waw y ek a W o e se " EE A ig -e eco igu a e com- u i g sys em " IEEE Design & Test of Computers, o o 11 -1 5 5 [3 ] C eaumo o o a C C am eau -M i oque a o ie " eco igu a e ec o ogy A i o a i e so u io o a a e isc e e e e simu a io su o " i PADS'94: Proceedings of the 8th Workshop on Parallel and Distributed Simulation, 199 [39] M ewis M a Ie sse ose a C ow " e a smog i ie - A mi io ga e a i - o o y i g sys em " IEEE Trans. Very Large Scale Integr. Syst., o o 1 -19 199 [ ] Ga e " GA- ase esig e i e s cus omi e em e e so u io s " i Embedded Systems Conference, 5 7
[ 1] Wa g a S G ia as " a a e U ac o i a io o s a se ma ices o GA- ase co igu a e com u i g e gi es " Concurrency and Computation: Practice and Ex- perience, o 1 o 391-3 3 A [ ] " a a e so u io o ew o s owe ow equa io s o co igu a e c i s " Inter- national Journal of Electrical Power and Energy Systems, o 9 o 5 - 31 u e 7 [ 3] u a S G ia as "A ie a c ica y-co o e SIM mac i e o C o GAs " i IEEE International. Systems-On-Chip Conference, Se 5 [ ] "A coa se-g ai ie a c ica ec ica o - ime sio a o co igu a e a - a e com u e s " IEICE Trans. on Information and Systems, Special Issue on Paral- lel/Distributed Computing and Networking, o E 9- o e [ 5] Ya g a S G ia as " GA- ase ec o ocesso o a ge aic equa io so e s " i IEEE International Systems-On-Chip Conference, Was i g o C Se 5 115-11 [ ] Ya g S Wa g S G ia as a u " ec o ocessi g su o o GA-o ie e ig e o ma ce a ica io s " i IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI, o o A eg e a i May 7 7- [ 7] Ya g S G ia as a u " GA- ase ec o ocessi g o ma i o e a io s " i International Conference on Information Technology: New Generations, as e- gas A 7 9 9-99 [ ] " eco igu a io su o o ec o o e a io s " International Journal of High Per- formance Systems Architecture, o 1 o 9-97 7 [ 9] S a i ge Sys em a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www s a i gesys ems com [5 ] Co e i e GA esig Sui e a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www a a mic o com/co e i e m [51] A M11 M Co e a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www a m com/ o uc s/C Us/A M11M Co eMu i ocesso m [5 ] C E Ko y akis a A a e so "Sca a e ec o ocesso s o em e e sys ems " IEEE Micro, o 3 o 3 — 5 o - ec 3 [53] WI S A II o CI a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www a a mic o com/wsii ci m [5 ] K Mai aaske ayase a o W a y a M o owi "Sma memo ies A mo u a eco igu a e a c i ec u e " i Proceedings of the 27th Annual International Symposium on Computer Architecture, u e 1 1-171
[55] E ya a O a a o Computer Systems: A Programmer's Perspective. e ice a 3 [5 ] S ua g a C u "E icie s o age sc eme a a go i ms o W-ma i ec o mu i ica io o ec o com u e s " IEEE Trans. Power Syst., o 9 o 1 3- 1 91 May 199 [57] A Góme a e a cou "Im eme a io o e as ecou e oa ow o a ec o com u e " IEEE Trans. Power Syst., o 5 o 3 977-9 3 Aug 199 [5 ] G G a e i M Mo ag a G asi i a Ma a i o "A W-ma i ase as e- cou e oa ow o co i ge cy s u ies o ec o com u e s " IEEE Trans. Power Syst., o o 3 9 -953 Aug 1993 [59] Y ou S assi ia is G K Ku ma o a G Gay a ie " - i oa i g- oi GA ma i mu i ica io " i Proceedings of the ACM/SIGDA 13th International Symposium on Field-programmable Gate Arrays, FPGA 2005, Mo e ey CA e 5 -95 [ ] M K E s W i ey a A a a o "S a se ma i i e se ac o s " IEEE Trans. Power Syst., o 5 o - 73 May 199
[ 1] A a a o C Yu a e a cou " a i io e s a se A -1 me o s " IEEE Trans. Power Syst., o 5 o 5 - 59 May 199 [ ] Q Wu a A ose "A ew successi e e a a io sc eme o e W-ma i so u io me o o a s a e memo y a a e com u e " IEEE Trans. Power Syst., o 11 o 1 33- 3 e 199 [ 3] A a i a a A Mo e a o "A W-ma i me o o ogy o so i g s a se e wo k equa io s o mu i ocesso com u e s " IEEE Trans. Power Syst., o 7 o 3 1 3-1 3 Aug 199 [ ] Ma i Ma ke a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //ma is go /Ma i Ma ke / [ 5] Es asa a M a e o " ecou e ec o a c i ec u es " i Proceedings of Second International Symposium on High-Performance Computer Architecture, e 199 1- 9 [ ] "Mu i ea e ec o a c i ec u es " i Proceedings of Third International Sympo- sium on High-Performance Computer Architecture, e 1997 37- [ 7] S Wa g Ya g u a S G ia as "Asymme ica y a ke a ue-awa e egis e i es " i IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI, o o A eg e a i May 7 3 3-3 [ ] S Wa g Ya g S G ia as a u "Asymme ica y a ke a ue-awa e egis e i es o ow e e gy a ig e o ma ce " Microprocessors and Microsystems. 89
[ 9] i Y i e C e a Co g " owe mo e i g a c a ac e is ics o ie og amma e ga e a ays " IEEE Trans. on CAD of Integrated Circuits and Systems, o o 11 171 -17 5 [7 ] A e ike a i " owe s e o ma ce e 9 m i ec io oi " i i w i e a e o i e - [71] A Gayase Y sai i ayk is a M Ka emi M I wi a ua " e uci g eakage e e gy i GAs usi g egio -co s ai e aceme " i FPGA'04: Pro- ceedings of the 12th ACM/SIGDA International Symposium on Field-programmable Gate Arrays, 51-5 [7 ] i Y i e a Co g " ow- owe GA usi g e- e i e ua - / ua - a ics " i FPGA'04: Proceedings of the 12th ACM/SIGDA International Symposium on Field-programmable Gate Arrays, -5 [73] i Y i a e " GA owe e uc io usi g co igu a e ua - " i DAC'04: Proceedings of the 41st Annual Conference on Design Automation, 735- 7 [7 ] A e so a a m " ow- owe og amma e ou i g ci cui y o - GAs " i ICCAD '04: Proceedings of the 2004 IEEE/ACM International Conference on Computer-aided Design, - 9 [75] Ou a K asa a " a i e e gy es ima io o com u a io s o GA ase so ocesso s " i IEEE International Systems-On-Chip Conference, 5- [7 ] Wa g M e c A a oo i a Aga wa " GA y amic owe mi imi a io oug aceme a ou i g co s ai s " EURASIP J. Embedded Syst., o o 1 [77] -W a g S C oi a K asa a "E e gy- a ime-e icie ma i mu i i- ca io o GAs " IEEE Trans. Very Large Scale Integr. Syst., o 13 o 11 13 5-1319 5 [7 ] Wa g a S G ia as "A a i e sc e u i g o a ay-i e si e a ica io s o mi e - mo e eco igu a e mu i ocesso s " i 39th IEEE Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, aci ic G o e CA 5 [79] Mic o a e ocesso e e e ce Gui e a e accesse ec 1 7 om e Wo Wi e We //www i i com/su o / ocume a io /sw_ma ua s/e k 3i_m _ e _gui e