Hardware Optimizations for Low-Power Processors

Abstract

Modernien prosessorien suunnittelussa tehonkulutuksen huomioonottaminen on tärkeää. Pienet prosessorijärjestelmät, kuten mobiililaitteet, hyötyvät tehonkulutusoptimoinnista pidemmän akunkeston muodossa. Optimointi auttaa myös vastaamaan mobiililaitteiden usein tiukkoihin lämpösuunnittelurajoituksiin. Tehonkulutusoptimointeja voidaan tehdä kaikilla suunnittelun abstraktiotasoilla. Arkkitehtuuritasolla, optimaalisen arkkitehtuurin valitseminen ei usein ole suoraviivaista. Siirtoliipaisuarkkitehtuuria käyttävät prosessorit hyödyntävät käskytason rinnakkaisuutta tehokkaasti ja ovat hyvä valinta matalan tehonkulutuksen sovelluksiin. Niitä käyttäen prosessorisuunnittelijan on mahdollista toteuttaa erilaisia tehonkulutus- ja suorituskykyoptimointeja, joista osa on siirtoliipaisuarkkitehtuurille yksilöllisiä. Tässä diplomityössä tehtiin ensin kirjallisuuskatsaus yleisimmin käytetyistä tehonkulutus- ja suorituskykyoptimoinneista. Näistä neljä toteutettiin Tampereen Teknillisessä Yliopistossa kehitettyyn TTA-based Co-design Environment (TCE) -kehitysympäristöön, joka mahdollistaa TTA-prosessorien suunnittelun ja ohjelmoinnin. Vaikutusten analysoimiseksi optimoinnit toteutetiin kolmeen eri tarkoitusta varten suunniteltuun prosessoriytimeen, jotka syntesoitiin Synopsys Design Compilerilla. Kaikki ytimet hyötyivät optimoinneista, saavuttaen parhaassa tapauksessa 26% tehonkulutuspienennyksen, pinta-alan kasvaessa 3%.