E-Locus - Ιδρυματικό Καταθετήριο Πανεπιστημίου Κρήτης - An instruction level energy characterization of ARM processors

Αρχική An instruction level energy characterization of ARM processors

Αποτελέσματα - Λεπτομέρειες

[Προσθήκη στο καλάθι]

Κωδικός Πόρου

000391349

Τίτλος

An instruction level energy characterization of ARM processors

Άλλος τίτλος

Ένας ενεργειακός χαρακτηρισμός επεξεργασιών ARM σε επίπεδο εντολέα

Συγγραφέας

Βασιλάκης, Ευάγγελος Γ.

Σύμβουλος διατριβής

Κατεβαίνης, Μανόλης

Μέλος κριτικής επιτροπής

Μπίλας, Άγγελος
Πρατικάκης, Πολύβιος
Αργυρός, Αντώνιος

Περίληψη

Καθώς οι φορητές συσκευές και τα data-centers επεκτείνονται για να καλύψουν τις παγκόσμιες ανάγκες για ατομικές υπολογιστικές υπηρεσίες, η ενεργειακή κατανάλωση τους έχει γίνει ένα από τα πιο σημαντικά θέματα για τους σχεδιαστές υπολογιστών και τους προγραμματιστές. Οι επεξεργαστές ARM ήδη κυριαρχούν στην αγορά φορητών συσκευ- ών και επεκτείνονται και στην αγορά εξυπηρετητών λόγω της έμφυτης τους ενεργειακής αποδοτικότητας. Σε αυτή τη εργασία μελετάμε τα ενεργειακά χαρακτηριστικά μοντέρνων επεξεργαστών ARM σε επίπεδο εντολών. Για να μελετήσουμε την ενεργειακή κατανάλωση των επεξεργαστών ARM μετράμε την ενεργειακή κατανάλωση προγραμμάτων ειδικού σκοπού. Οι μετρήσεις μας πραγματοποιούν- ται με χρήση πραγματικών αισθητήρων τάσης/ρεύματος που παρέχονται απο την πλατφόρμα ανάπτυξης Odroid-XU+E η οποία περιέχει ένα επεξεργαστή ARM big,LITTLE ο οποίος αποτελείται από τέσσερις πυρήνες Cortex-A7 και τέσσερις Cortex-A15. Τα προγράμματα που χρησιμοποιήσαμε για την μελέτη μας είναι σχεδιασμένα ειδικά για να πιέσουν συγκεκριμένες μονάδες του datapath των επεξεργαστών. Με δυο διαφορε- τικά προγράμματα για κάθε τύπο εντολής, μελετάμε την καθυστέρηση και την ενεργειακή κατανάλωση των εντολών καθώς και την μέγιστη απόδοση του επεξεργαστή για την κάθε μία. Οι μετρήσεις μας για τους Cortex-A7 δείχνουν οτι integer εντολές κοστίζουν από 50 pJ έως 80 pJ η καθεμία, εντολές float/double κοστίζουν από 80 pJ έως 350 pJ η καθεμία, και πιο πολύπλοκες εντολές όπως διαιρέσεις κοστίζουν από 150 pJ έως 1200 pJ ανά εντολή. Οι εντολές load και store κοστίζουν 150 pJ έως 200 pJ η καθεμία όταν η πρόσβαση γίνεται στο πρώτο επίπεδο κρυφής μνήμης, ενώ το κόστος αυξάνεται μέχρι τα 270 pJ όταν η πρόσβαση γίνεται στο δεύτερο επίπεδο κρυφής μνήμης. Στον Cortex-A15 οι εντολές κοστίζουν τρεις με πέντε φορές περισσότερο από ότι στον Cortex-A7 για την ίδια συχνότητα ρολογιού, ακόμα και όταν οι δύο επεξεργαστές επιτυγχάνουν την ίδια απόδοση για μια εντολή. Για προγράμματα που χωρούν κυρίως στο πρώτο επίπεδο κρυφής μνήμης, παρατηρούμε ότι στην ίδια συχνότητα ρολογιού ο χρόνος εκτελεσής τους είναι 20% έως τέσσερις φορές γρηγορότερος στον Cortex-A15, ενώ η ενεργειακή κατανάλωση μέχρι την ολοκλήρωση αυξάνεται 2 με 4 φορές, σε σχέση με τον Cortex-A7. ΄Οταν συγκρίνουμε τον Cortex-A7 στην χαμηλότερη συχνότητα των 500 MHz με τον Cortex-A15 στην υψηλότερη συχνότητα των 1500 MHz, βλέπουμε ότι ο χρόνος εκτέλεσης ειναι 4 με 10 φορές γρηγορότερος στον Cortex-A15, ενώ η ενεργειακή κατανάλωση μέχρι την ολοκλήρωση αυξάνεται 5 με 9 φορές σε σχέση με τον Cortex-A7. Μέσα απο τις μετρήσεις μας αναπτύξαμε έναν πλήρη χαρακτηρισμό για το σετ εντολών ARM με μετρικές για την ενεργειακή κατανάλωση και την καθυστέρηση κάθε εντολής. Επαληθεύσαμε τον χαρακτηρισμό μας μέσω της ανάπτυξης ενός ενεργειακού μοντέλου επι- πέδου εντολών και την δοκιμή του σε ένα πλήθος πραγματικών προγραμμάτων. Οι δοκιμές μας δείχνουν μέσο σφάλμα πρόβλεψης 8.5% για τους επεξεργαστές Cortex-A7 και 14.5% για τους Cortex-A15. Επιπλέον, χρησιμοποιούμε τον χαρακτηρισμό και το ενεργειακό μας μοντέλο για να πο- σοτικοποιήσουμε τα ενεργειακά χαρακτηριστικά συστημάτων ετερογενούς πολυεπεξεργασίας οπως το ARM big.LITTLE και δείχνουμε πώς αυτό μπορεί να βοηθήσει την αποτελεσμα- τικότερη κατανομή επεξεργαστικών πόρων σε τέτοια συστήματα. Τονίζουμε τους διαφορετι- κούς παράγοντες που συνεισφέρουν στην ενεργειακή κατανάλωση τέτοιων συστημάτων και δείχνουμε πως αυτό μπορεί να διαφέρει ανάμεσα στους δύο επεξεργαστές.

Φυσική περιγραφή

vii, 108 σ. : πίν., εικ. ; 30 εκ.

Γλώσσα

Αγγλικά, Ελληνικά

Θέμα

Model

Ενέργεια

Επεξεργαστές

Επιπέδου εντολής

Μοντέλο

Ημερομηνία έκδοσης

2015-03-20