Coarse-grained reconfigurable array architectures

Coarse-Grained Reconfigurable Array (CGRA) architectures accelerate the same inner loops that benefit from the high ILP support in VLIW architectures. By executing non-loop code on other cores, however, CGRAs can focus on such loops to execute them more efficiently. This chapter discusses the basic principles of CGRAs, and the wide range of design options available to a CGRA designer, covering a large number of existing CGRA designs. The impact of different options on flexibility, performance, and power-efficiency is discussed, as well as the need for compiler support. The ADRES CGRA design template is studied in more detail as a use case to illustrate the need for design space exploration, for compiler support and for the manual fine-tuning of source code

Constraint analysis for DSP code generation

+113hlm.;24c

Distributed data cache designs for clustered VLIW processors

Wire delays are a major concern for current and forthcoming processors. One approach to deal with this problem is to divide the processor into semi-independent units referred to as clusters. A cluster usually consists of a local register file and a subset of the functional units, while the L1 data cache typically remains centralized in What we call partially distributed architectures. However, as technology evolves, the relative latency of such a centralized cache will increase, leading to an important impact on performance. In this paper, we propose partitioning the L1 data cache among clusters for clustered VLIW processors. We refer to this kind of design as fully distributed processors. In particular; we propose and evaluate three different configurations: a snoop-based cache coherence scheme, a word-interleaved cache, and flexible LO-buffers managed by the compiler. For each alternative, instruction scheduling techniques targeted to cyclic code are developed. Results for the Mediabench suite'show that the performance of such fully distributed architectures is always better than the performance of a partially distributed one with the same amount of resources. In addition, the key aspects of each fully distributed configuration are explored.Peer ReviewedPostprint (published version

Static resource models for code generation of embedded processors

xii+129hlm.;24c

An Advanced Compiler Designed for a VLIW DSP for Sensors-Based Systems

The VLIW architecture can be exploited to greatly enhance instruction level parallelism, thus it can provide computation power and energy efficiency advantages, which satisfies the requirements of future sensor-based systems. However, as VLIW codes are mainly compiled statically, the performance of a VLIW processor is dominated by the behavior of its compiler. In this paper, we present an advanced compiler designed for a VLIW DSP named Magnolia, which will be used in sensor-based systems. This compiler is based on the Open64 compiler. We have implemented several advanced optimization techniques in the compiler, and fulfilled the O3 level optimization. Benchmarks from the DSPstone test suite are used to verify the compiler. Results show that the code generated by our compiler can make the performance of Magnolia match that of the current state-of-the-art DSP processors

Constraint driven operation assignment for retargetable VLIW compilers

In veel consumenten elektronica producten worden processoren toegepast voor het bewerken van gedigitaliseerde signalen. Deze processoren zijn gewoonlijk ingebed in een systeem en moeten wat rekenkracht, vermogensverbruik en fabricage kosten aan stringente eisen voldoen. Door het optimaliseren van een processor voor een specifieke taak, of een kleine verzameling van taken, kan er aan strengere eisen worden voldaan. Deze specialisatie heeft een grotere diversiteit aan processor types tot gevolg. Door het toepassen van geautomatiseerde processor ontwerp en programmeer systemen wordt er getracht om de ontwikkelkosten in de hand te houden. Een processor kan onder andere geoptimaliseerd worden door het toepassen van een incompleet communicatie netwerk in de processor. Daarnaast is het wenselijk om meerdere register files toe te passen in een processor met een groot aantal parallelle bewerkingseenheden. Deze optimalisaties hebben tot gevolg dat er veel hulp en expertise van programmeur nodig is om hoogwaardige microcode te genereren met behulp van traditionele code generatie technieken in een compiler. Met de in dit proefschrift beschreven code generatie methode is het in veel gevallen wel mogelijk om hoogwaardige microcode volledig automatisch te genereren. Het toepassen van een incompleet netwerk in de processor maakt het toekennen van basis bewerkingen aan bewerkingseenheden een moeilijke taak voor de code generator. Een toekenning moet namelijk zo plaatsvinden dat voor iedere bewerking die uitgevoerd wordt op een bewerkingseenheid er een kanaal in het netwerk van de processor is, dat gebruikt kan worden om het resultaat naar de bewerkingseenheid toe te sturen die de resultaat consumerende bewerking uitvoerd. Dit communicatiekanaal en de bewerkingseenheid moeten tevens op het gewenste tijdstip beschikbaar zijn. In de voorgestelde code generatie methode wordt er gezocht naar een oplossing. Na het nemen van een bewerkings toekenningsbelissing wordt er geanalyseerd welke toekomstige beslissings opties niet tot een oplossing kunnen behoren gegeven de reeds gemaakte beslissingen. Deze gevallen worden verwijderd uit de zoekruimte zodat tijdens toekomstige beslissingen andere toekenningsbeslissingen zullen worden geprobeerd. Indien er gedetecteerd wordt dat er gegeven de gemaakt beslissingen geen oplossing bestaat, dan worden er beslissingen ongedaan gemaakt en andere opties geprobeerd. Het verwijderen van zoveel mogelijk beslissings opties die niet tot een oplossing behoren, verminderd het aantal keer dat er op een beslissing terug gekomen moet worden en de tijd die nodig is om een oplossing te vinden Voor het bewerking aan bewerkingseenheid toekenings probleem wordt er een conflict graaf opgesteld waarin alle opties en combinatie van niet toegestane opties gerepresenteerd worden. Gevallen die zeker niet tot een oplossing behoren worden gevonden met algoritmes die rekentijd effici¨ent zijn. Indien door analyse wordt vastgesteld dat twee bewerkingen op hetzelfde tijdstip uitgevoerd moeten worden dan wordt er een kant in de conflict graaf toegevoegd. Deze kant sluit uit dat deze beide bewerkingen aan dezelfde bewerkingseenheid wordt toegekend. Indien er wordt vast gesteld dat een bewerking op een specifieke bewerkingseenheid moet worden uitgevoerd dan wordt deze informatie gebruikt om nauwkeuriger het tijdsinterval te bepalen waarin de operatie uitgevoerd kan worden. De voorgestelde toekenningstechnieken zijn ge-implementeerd in een prototype codegenerator FACTS. Deze code generator is gekoppeld aan de processor synthese omgeving AjRT-designer. Door het koppelen van FACTS aan AjRT-designer kunnen processoren, die bevroren zijn na synthese, hergeprogrammeerd worden. Deze omgeving is gebruikt om de codegeneratie technieken in FACTS te evalueren voor industrieel relevante applicatie domein specifieke processor ontwerpen. De resultaten tonen aan dat er met deze technieken in veel gevallen microcode gegenereerd kan worden die de opslag capaciteit van de register files en de beschikbare verbindingen in de VLIW-processor respecteert en aan stringente eisen wat betreft de rekentijd voldoet

Modulo scheduling with integrated register spilling for clustered VLIW architectures

Clustering is a technique to decentralize the design of future wide issue VLIW cores and enable them to meet the technology constraints in terms of cycle time, area and power dissipation. In a clustered design, registers and functional units are grouped in clusters so that new instructions are needed to move data between them. New aggressive instruction scheduling techniques are required to minimize the negative effect of resource clustering and delays in moving data around. In this paper we present a novel software pipelining technique that performs instruction scheduling with reduced register requirements, register allocation, register spilling and inter-cluster communication in a single step. The algorithm uses limited backtracking to reconsider previously taken decisions. This backtracking provides the algorithm with additional possibilities for obtaining high throughput schedules with low spill code requirements for clustered architectures. We show that the proposed approach outperforms previously proposed techniques and that it is very scalable independently of the number of clusters, the number of communication buses and communication latency. The paper also includes an exploration of some parameters in the design of future clustered VLIW cores.Peer ReviewedPostprint (published version