Πρωτότυπος Τίτλος:
Εφαρμογή και ανάλυση τεχνικών dynamic frequency boosting σε επεξεργαστές τύπου FPGA
Συγγραφέας:
Γκάβας, Κωνσταντίνος, Θεόδωρος
Επιβλέπων καθηγητής:
Ξύδης, Σωτήριος
Περίληψη:
Στο πλαίσιο αυτής της πτυχιακής πραγματοποιήθηκε ανάλυση τεχνικών δυναμικού χρονισμού σε κυκλώματα FPGA. Αναπτύχθηκε ένα "Εργαλείο Ανάλυσης DFB", το οποίο λαμβάνει ως είσοδο πληροφορίες χρονισμού μονοπατιών των σημάτων, που εξάγονται με ένα εργαλείο ανάλυσης στατικού χρονισμού, καθώς και πληροφορίες αλλαγών κατάστασης των σημάτων από τη
προσομοίωση της λειτουργίας του κυκλώματος. Και στις δύο περιπτώσεις τα δεδομένα εισόδου μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας ένα Electronic Design Automation (επίσης γνωστό ως Computer-Aided Design) εργαλείο όπως το Vivado της Xilinx Inc. Το Εργαλείο ανάλυσης DFB έχει αναπτυχθεί ως μια σειρά Jupyter Notebook αρχείων που περιέχουν κώδικα Python μαζί με σχολιασμούς σε Markdown.
Το εργαλείο που αναπτύχθηκε κάνει εκτιμήσεις για την απόδοση οποιουδήποτε επιλεγμένου FPGA σχεδίου υλικού, εάν επρόκειτο να εφαρμόσουμε σε αυτό την τεχνική της Δυναμικής Ενίσχυσης Συχνότητας. Αυτό γίνεται μέσω μιας ημι-αυτοματοποιημένης διαδικασίας, αλλά θα μπορούσε να αυτοματοποιηθεί περαιτέρω με μελλοντικές ενημερώσεις του Εργαλείου. Αξιοποιώντας ένα αρχείο ρυθμίσεων που δέχεται ως είσοδο, το Εργαλείο μπορεί να προσαρμόσει τις
εκτιμήσεις του ώστε να ταιριάζουν σε διαφορετικές μεθοδολογίες DFB, για διαφορετικά δηλαδή υπολογιστικά κόστη εναλλαγής συχνότητας και διαφορετικούς περιορισμούς στον μέγιστο αριθμό διαφορετικών συχνοτήτων λειτουργίας που μπορούν να υποστηρίξουν.
Εκτός από τη μέση απόδοση του κυκλώματος, το Εργαλείο Ανάλυσης DFB υπολογίζει επίσης εκτιμήσεις για τις ιδιότητες κάθε συγκεκριμένης εφαρμογής του DFB, όπως τους περιορισμούς στον αριθμό των διαφορετικών συχνοτήτων που μπορούν πρακτικά να εφαρμοστούν, όπως επιβάλλονται από το FPGA σχέδιο υλικού που αναλύεται, καθώς και το πλήθος των φορών που
η συχνότητα του ρολογιού θα χρειαστεί να αλλάξει σε ένα τυπικό σενάριο λειτουργίας. Τέλος, το Εργαλείο κάνει επίσης προβλέψεις σχετικά με το ποιες συχνότητες λειτουργίας πρέπει να εφαρμοστούν σε ποιες στιγμές κατά τη λειτουργία του κυκλώματος για τα καλύτερα αποτελέσματα.
Σαν αποτέλεσμα της ανάλυσης τεχνικών DFB σε FPGA κυκλώματα βγήκε το συμπέρασμα, πως η επίδραση της τεχνικής DFB στην απόδοση ενός κυκλώματος προκύπτει σαν συνάρτηση τεσσάρων παραγόντων:
1. Του τρόπου ανάθεσης μιας συχνότητας λειτουργίας σε κάθε κύκλο του ρολογιού (το “σενάριο εφαρμογής DFB”) και του πλήθους αλλαγών συχνότητας λειτουργίας που προκύπτει από αυτόν.
2. Του κόστους της κάθε αλλαγής συχνότητας (overhead).
3. Του ποσοστού των κύκλων λειτουργίας στους οποίους είναι ενεργά τα μονοπάτια με τις μεγαλύτερες καθυστερήσεις διάδοσης σήματος, συμπεριλαμβανομένου του κρίσιμου μονοπατιού.
4. Και τέλος της διασποράς των καθυστερήσεων διάδοσης των διαφορετικών μονοπατιών του κυκλώματος.
προσομοίωση της λειτουργίας του κυκλώματος. Και στις δύο περιπτώσεις τα δεδομένα εισόδου μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας ένα Electronic Design Automation (επίσης γνωστό ως Computer-Aided Design) εργαλείο όπως το Vivado της Xilinx Inc. Το Εργαλείο ανάλυσης DFB έχει αναπτυχθεί ως μια σειρά Jupyter Notebook αρχείων που περιέχουν κώδικα Python μαζί με σχολιασμούς σε Markdown.
Το εργαλείο που αναπτύχθηκε κάνει εκτιμήσεις για την απόδοση οποιουδήποτε επιλεγμένου FPGA σχεδίου υλικού, εάν επρόκειτο να εφαρμόσουμε σε αυτό την τεχνική της Δυναμικής Ενίσχυσης Συχνότητας. Αυτό γίνεται μέσω μιας ημι-αυτοματοποιημένης διαδικασίας, αλλά θα μπορούσε να αυτοματοποιηθεί περαιτέρω με μελλοντικές ενημερώσεις του Εργαλείου. Αξιοποιώντας ένα αρχείο ρυθμίσεων που δέχεται ως είσοδο, το Εργαλείο μπορεί να προσαρμόσει τις
εκτιμήσεις του ώστε να ταιριάζουν σε διαφορετικές μεθοδολογίες DFB, για διαφορετικά δηλαδή υπολογιστικά κόστη εναλλαγής συχνότητας και διαφορετικούς περιορισμούς στον μέγιστο αριθμό διαφορετικών συχνοτήτων λειτουργίας που μπορούν να υποστηρίξουν.
Εκτός από τη μέση απόδοση του κυκλώματος, το Εργαλείο Ανάλυσης DFB υπολογίζει επίσης εκτιμήσεις για τις ιδιότητες κάθε συγκεκριμένης εφαρμογής του DFB, όπως τους περιορισμούς στον αριθμό των διαφορετικών συχνοτήτων που μπορούν πρακτικά να εφαρμοστούν, όπως επιβάλλονται από το FPGA σχέδιο υλικού που αναλύεται, καθώς και το πλήθος των φορών που
η συχνότητα του ρολογιού θα χρειαστεί να αλλάξει σε ένα τυπικό σενάριο λειτουργίας. Τέλος, το Εργαλείο κάνει επίσης προβλέψεις σχετικά με το ποιες συχνότητες λειτουργίας πρέπει να εφαρμοστούν σε ποιες στιγμές κατά τη λειτουργία του κυκλώματος για τα καλύτερα αποτελέσματα.
Σαν αποτέλεσμα της ανάλυσης τεχνικών DFB σε FPGA κυκλώματα βγήκε το συμπέρασμα, πως η επίδραση της τεχνικής DFB στην απόδοση ενός κυκλώματος προκύπτει σαν συνάρτηση τεσσάρων παραγόντων:
1. Του τρόπου ανάθεσης μιας συχνότητας λειτουργίας σε κάθε κύκλο του ρολογιού (το “σενάριο εφαρμογής DFB”) και του πλήθους αλλαγών συχνότητας λειτουργίας που προκύπτει από αυτόν.
2. Του κόστους της κάθε αλλαγής συχνότητας (overhead).
3. Του ποσοστού των κύκλων λειτουργίας στους οποίους είναι ενεργά τα μονοπάτια με τις μεγαλύτερες καθυστερήσεις διάδοσης σήματος, συμπεριλαμβανομένου του κρίσιμου μονοπατιού.
4. Και τέλος της διασποράς των καθυστερήσεων διάδοσης των διαφορετικών μονοπατιών του κυκλώματος.
Ημερομηνία κατάθεσης:
2022-07-29
Γλώσσες Τεκμηρίου:
Ελληνικά
Θεματικές Κατηγορίες:
Ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Επιστήμη των υπολογιστών
Λοιπά Θέματα:
Εφαρμογές, εργαλεία, κλπ.
Λέξεις-κλειδιά:
Συστοιχία Επιτόπια Προγραμματιζόμενων Πυλών, Καθοδηγούμενη από τα Δεδομένα Ανάλυση, Εργαλεία Αυτοματοποίησης Ηλεκτρονικής Σχεδίασης, Ενίσχυση Συχνότητας, Δυναμική Συχνότητα Ρολογιού
Περιγραφή:
140 σ.,εικ.,πίν.,διαγρ.,σχ.
Άδεια χρήσης:
Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Όχι Παράγωγα Έργα 4.0
