Hardware/software co-design of domain-specific RISC-V processor for graph applications
Çizge uygulamaları için alana özgü RISC-V işlemcisinin donanım/yazılım ortak tasarımı
- Tez No: 733193
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZCAN ÖZTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar donanımları, Bilgisayar yazılımları, Grafikler, İşlemciler, Hardware, Computer softwares, Graphics, Processors
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çizge uygulamaları birçok alanda kullanılmaktadır ancak ağır, düzensiz ve veriye dayalı bellek erişim kalıpları nedeniyle genel amaçlı bilgi işlem sistemlerinde düşük performans göstermektedir. Gerçek hayat çizgelerinin farklı topolojik yapıları da performansı etkiler. Performans sorunlarını azaltmak ve enerji verimliliği sağlamak için birçok donanım hızlandırıcı önerilmiş olsa da, programlanabilirlik ve esneklik yeterince ele alınmamıştır. Bu tez, RISC-V Komut Kümesi Mimarisi'nin (KKM) genişletilmesine dayalı alana özgü bir işlemci tasarımı sunar. Önerilen yaklaşımda, derleyici ve bir yazılım kütüphanesi tarafından desteklenen yeni komutlar kullanılır. Yeni komutların yürütülmesi için mikro mimari tasarım, bir hızlı işlem belleği (HİB), önyükleyici ve tıkanmasız bir önbellek sistemine dayanmaktadır. Özel işlemci, System Verilog HDL kullanılarak gerçekleştirildi ve Xilinx'in Vivado Design Suite kullanılarak simüle edildi. LLVM Derleyici Çatısı, derleyici desteği ve optimizasyonu için kullanıldı. Öte yandan, özel komutları kullanmak için yazılım kütüphanesi, Topla-Uygula-Dağıt (TUD) paradigmasını kullanır. Sistem, iyi bilinen grafik denektaşlarında değerlendirilirken, minimum maliyetle en iyi performansı elde etmek için çeşitli parametreler üzerinde duyarlılık analizi yapıldı. Performans, hem yerli denektaşlarında hem de yazılım kütüphanesinde ölçüldü. Bunun yanında, derleyici desteği performans üzerindeki etkisi açısından değerlendirildi. Düşük maliyetli performans ölçümleri farklı denektaşları için ortalama %10 ile \%49 arasında hızlanma gösterirken, tek çekirdekli mimari %73'e kadar ulaşabilir.
Özet (Çeviri)
Graph applications are employed in many fields but show poor performance on general-purpose computing systems due to heavy, irregular, and data-driven memory access patterns. The diverse topology of real-life graphs also affects the performance. Even though many hardware accelerators have been proposed to mitigate performance issues and provide energy efficiency, programmability and flexibility have not been sufficiently addressed. This thesis presents a domain-specific processor design based on extending the RISC-V Instruction Set Architecture (ISA). The proposed approach uses new instructions supported by the compiler and software library. Micro-architectural design for executing the new instructions is based on a scratchpad-memory (SPM), prefetcher, and a non-blocking cache system. The custom processor is implemented using System Verilog HDL and simulated with Xilinx's Vivado Design Suite. LLVM Compiler Framework is used for compiler support and optimization. The software library for utilizing the custom instructions uses Gather-Apply-Scatter (GAS) paradigm. The system is evaluated on well-known graph benchmarks, while sensitivity analysis is done on various parameters for achieving the best performance with minimal cost. Performance is measured on both native benchmarks and the software library. In addition, compiler support is evaluated for its effect on performance. Cost-efficient performance evaluations show average speedups between 10% and 49% for different benchmarks, while the single-core architecture can achieve up to 73%.
Benzer Tezler
- Low power application specific instruction set processor
Düşük güç tüketimli uygulamaya özel komut seti işlemcisi
ÇAĞLA IRMAK RUMELİLİ KÖKSAL
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
DR. FATİH SAY
- Gösterge üzerinde harf, rakam, şekil üretimi için dijital hafızaların mikrobilgisayar yardımıyla organizasyonu
Başlık çevirisi yok
ÖMER ADIŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜR TÜTÜNCÜOĞLU
- A Speaker-dependent isolated speech recognition system for the hero-I robot
Başlık çevirisi yok
MELTEM CELASUN
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. MÜREN GÖKERİ
- Development, design and realization of a television transposer test unit employing microprocessor for remote measurement and testing
Başlık çevirisi yok
HASAN HÜSEYİN TEZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. HALİL BENGİ
- Universal eprom programmer design
Başlık çevirisi yok
LEVENT NEŞET TANRIDAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. SEMİH BİLGEN