Değer önbellek kodlaması - Value cache encoding

Güç tüketimi her ikisi için de giderek daha önemli hale geliyor gömülü, mobil bilgisayar ve yüksek performanslı sistemler.[1] Çip dışı veri yolu sistem gücünün önemli bir bölümünü tüketir. Yonga dışı veri yolunun, cihaz tarafından tüketilen toplam gücün% 9,8 ila% 23,2'sini tükettiği görülmektedir. sistemi sisteme bağlı olarak. Yani, güç Yonga dışı veri yolunun tüketimi, toplam güç tüketimini azaltacaktır.

Giriş

[2] Çip dışı otobüsler daha yüksek kapasite değerler dahili düğüm kapasitanslarını ve dolayısıyla, harici adres ve veri yollarında anahtarlamayı en aza indirmeye yönelik teknikler, dahili kapasitanslarda anahtarlamada hafif bir artış pahasına bile oldukça kullanışlıdır. Çip dışı güç tüketimi, en azından şu iki teknikle azaltılabilir: sırasında etkinleştirilen veri yolu hatlarının sayısını azaltarak veri transferi ve aktif veri yolu hatları üzerindeki bit geçişlerinin sayısını azaltarak. Bu tekniklerin her ikisinin bir karışımı en iyi sonucu verir.
Değer önbellek kodlaması, yonga dışı veri yolundaki güç tüketimini azaltmak için kullanılan bir şemadır. Bu şemada, yonga dışı veri yollarında dinamik güç dağılımını azaltmak için veri yolunun her iki tarafındaki önbellek kullanılır. Bu önbellekler, içerikleri her zaman aynı olacak şekilde tutulur.

Şema Ayrıntıları

Bu protokolde küçük bir önbellek yonga dışı veri yolunun her iki tarafında (değer önbelleği veya kısaca VC olarak adlandırılır). Bu değer önbellekleri, veriyolu üzerinden yakın zamanda iletilen veri değerlerini takip eder. Bu önbelleklerdeki girişler, her iki değer önbelleğinin içeriği her zaman aynı olacak şekilde oluşturulmuştur. Bir veri değerinin veriyolu üzerinden iletilmesi gerektiğinde, öncelikle veri değerinin değer önbelleğinde olup olmadığını kontrol ederiz. gönderen (ister bellek ister önbellek olsun). Eğer öyleyse, gerçek veri değeri yerine yalnızca verinin dizinini (yani değer önbellek adresi veya dizini) iletiriz ve diğer taraf (alıcı) bu dizini ve değer önbelleğini kullanarak veri değerini belirleyebilir. .
Veriyi değer önbelleğinde yalnızca 1 bit anahtarlama etkinliği kullanarak iletmek için, değer önbelleğinin boyutu veri yolunun genişliğiyle sınırlıdır. Yani, 32 bitlik bir veri yolu ile VC yalnızca 32 girişe sahip olabilir. Güç protokolümüz tarafından kullanılan değer önbellekleri çok küçük olduğundan, dizin değerinin genişliği gerçek veri değerinin genişliğinden çok daha küçüktür. Sonuç olarak, iletim için daha az sayıda çip dışı veri yolu hattının etkinleştirilmesi gerekir
Yaklaşımımız, çip dışı veri yolu üzerinden iletilen veri değerlerinin yerelliğini kullanarak ilk seçeneği elde etmeye çalışır. Bununla birlikte, (iletilmesi gereken) verilerin genişliği azaltıldıktan sonra, transfer başına ortalama bit değiştirme aktivitesinde de (genel olarak) bir azalma bekleyebiliriz. Ek olarak, bu anahtarlama etkinliği, stratejimizle bağlantılı olarak iyi bilinen veri yolu kodlama şemaları kullanılarak daha da azaltılabilir.

Önbellek Tutarlılığı

Alıcı tarafı, gönderen olarak VC için aynı yerleştirme ve değiştirme politikasını çalıştırır. Böylelikle, veriyolu üzerinden gönderilen verilerin değeri, gönderici VC'de olduğu gibi aynı indeks konumunda alıcı VC'de kopyalanır. Veriyolu üzerinden gönderilen verinin birebir veri mi yoksa VC'ye bir dizin mi olduğunu belirtmek için fazladan bir kontrol biti kullanırız. Hafıza yazma etkinliği benzer bir şekilde ele alınır.

Misal

Başlangıçta 100 ve 200 değerlerinin VC'de mevcut olmadığını varsayıyoruz. İşlem # 1 sırasında, bellekten önbelleğe A gönderilir. Bazı adreste depolanan talep edilen veri öğesi (örneğin, belleğin X adresi) 100 değerine sahiptir. Bellek kontrolörü, VC'yi 100 değeri için arar ve bir eksiklik tespit eder. Bu nedenle, 100 değeri çip dışı veri yolu üzerinden gönderilir. Ayrıca, güç protokolümüzün ardından, 100 değeri hem kaynağın hem de hedefin VC'lerinin aynı konumunda (örneğin 5) depolanır. İşlem # 2 için, bellek denetleyicisi 200 değerini arar, değeri VC'de bulamaz ve yukarıda açıklanan adımları tekrarlar. Bu noktada, her iki uçtaki değer önbellekleri 100 ve 200 veri değerlerini içerir. İşlem # 3'te, bellek denetleyicisi bir okuma talebine hizmet etmek için bir 100 değerinin gönderilmesi gerektiğini bulur (önceki ile aynı bellek konumunda veya aynı değere sahip farklı bir hafıza konumu). Ancak, İşlem # 1'in bir sonucu olarak konum 5'te 100 değerinin göndericinin VC'sinde zaten mevcut olduğunu unutmayın. Bu nedenle, 100 değerini göndermek yerine, bellek denetleyicisi sadece indeks değerini 5 gönderir. Diğer yandan alıcı, gerçek verilerin değerini (bu durumda 100) VC'sinin 5 konumundan alır. Son olarak İşlem # 4'te, 200 değerine sahip D veri öğesini belleğe göndermek istiyoruz (yani, bir yazma talebi). Ancak, bellekten önbelleğe İşlem # 2'nin bir sonucu olarak her iki sanal makinede 200 değeri zaten önbelleğe alınmıştır. Sonuç olarak, 200 değerinin önbelleğe alınmış kopyasının (VC'de mevcut) indeksi İşlem # 4'ü tamamlamak için, ancak ters yönde kullanılır. Bu son işlem, bir yönde bir işlem sırasında VC'lere yerleştirilen verilerin, ters yönde bir işlem sırasında (VC'den) yeniden kullanılabileceğini gösterir.

Değiştirme Politikası

[3]LRU her iki önbellekte de değiştirme ilkesi olarak kullanılır. Referans bit ve bir n-bit kullanılarak uygulanır zaman damgası Önbellekte depolanan her değer için. Girişte bir değer göründüğünde, referans bit ayarlanır. Düzenli aralıklarla, referans bit, n-bit zaman damgasının yüksek sıralı bit konumuna doğru kaydırılır ve zaman damgasındaki tüm bitlerin de sağa kaydırılmasına ve zaman damgasındaki en düşük sıralı bitin atılmasına neden olur. Örneğin, zaman damgası 000, bu değerin son üç zaman aralığında görünmediği anlamına gelir, zaman damgası 100, son aralıkta görüldüğü anlamına gelir ve referans biti ayarlı zaman damgası 000, geçerli zaman aralığında karşılaşıldığı anlamına gelir.
Yukarıda bahsedilen işlem, tüm referans bitleri sıfırlanmış olarak her iki önbelleğin tüm girişlerinde gerçekleştirilir. Böylece, zaman damgası, son n zaman dilimi için değer oluşumlarının geçmişini tutar.
Bir giriş gerekli olduğunda ve bir değerin çıkarılması gerektiğinde, seçilen giriş en küçük zaman damgasına ve net referans bitine sahip olandır. Yeni değer, bu seçilen girişe yeni bir referans biti ve zaman damgası (tümü 0'lar) ile eklenir.

Değer Önbelleği Türü

Protokolü açıkladıktan sonra, şimdi önbelleği korumak için iki yaklaşım göreceğiz:

  1. Her iki önbellek, önceki çalıştırmada değerlerin görünme sıklığına bağlı olarak sabit değerler kümesi kullanılarak başlatılabilir.
  2. Program çalışırken değişen bir sık ​​değerler kümesi korunabilir. Bu nedenle, sık değer tablolarının içeriği, uygulamanın farklı bölümleri için sık değerlerdeki değişikliklere uyum sağlar.
    Önbelleği sabit değerle doldurmanın avantajı, kodlayıcıların tablonun içeriğini dinamik olarak değiştirmek zorunda kalmaması ve böylece çalışma süresi ek yükünü azaltmasıdır. Ancak değerlerin önceden bilinmesini ve farklı programların farklı değerlere ihtiyaç duymasını gerektirir. İkinci yöntem ise, veri değerlerinin önsel bilgisine ihtiyaç duymaz ve farklı programlar arasında ayrım yapmaz. Bu özelliklerle fiyatını ödüyoruz

anında sık değerleri tanımlama.

Diğer Uygulama

Tartıştığımız protokol, bir ucu yonga üzerinde önbellek ve diğer ucu yonga dışı olan veri yolunda uygulandı. hafıza stratejimizi çip dışı bir L2 önbellekle çalışmak üzere uyarlamak da mümkündür. Ek olarak, güç protokolü yonga üzerinde L1 önbellek ve yonga üzerinde L2 önbellek arasındaki anahtarlama etkinliğini azaltmak için de kullanılabilir (ancak sonuçlar yonga dışı veri yolu ile olanlar kadar iyi olmayacaktır). Aslında, stratejimiz herhangi ikisi arasında kullanılabilir iletişim cihazlar sistemde (VC desteği ile). Ayrıca, noktadan noktaya konfigürasyonlarla sınırlı değiliz. Diğer bir deyişle, yaklaşımımız, birden fazla cihazın paylaşılan (güç tüketen) bir veri yolu üzerinden iletişim kurduğu bir ortamda işe yarayacak şekilde yapılabilir.
Açıktır ki, bu durumda, diğer şeylerin yanı sıra, bir tutarlılık mekanizmasına ihtiyacımız olacaktır (tartışması bu makalenin kapsamı dışındadır). Stratejimizin bir dezavantajı, iki değerli önbelleğin (biri çip üzerinde diğeri çip dışı) ihtiyaç duyduğu ekstra alan. Bu yazıda, yaklaşımımızın devre uzayı etkilerinin ayrıntılı bir çalışmasını sunmuyoruz. Deneysel sonuçlar bölümünde sunulacağı gibi, küçük bir VC (128 giriş) bile oldukça iyi bir enerji davranışı üretir; bu nedenle, uzay ek yükünün bizim optimizasyon aşırı olmayacak.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Güç Protokolü: Çip Dışı Veri Yollarında Güç Tüketimini Azaltma http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1176262
  2. ^ Dinesh C Suresh; Banit Agrawal; Jun Yang; Walid Najjar (28 Haziran 2005). "Çip Dışı Veri Yolları için Ayarlanabilir Bir Veri Yolu Kodlayıcısı" (PDF). Alındı 2015-04-22.
  3. ^ Jun Yang; Gupta, R. (2001). "Düşük güçlü veri G / Ç için FV kodlaması". ISLPED'01: 2001 Uluslararası Düşük Güç Elektroniği ve Tasarımı Sempozyumu Bildirileri (IEEE Kat. No. 01TH8581). ieeexplore.ieee.org. sayfa 84–87. doi:10.1109 / LPE.2001.945379. ISBN  1-58113-371-5.