저전력의 운용 삭감

Operation Reduction for Low Power

저전력 운용 삭감이란, 특정의 애플리케이션에 의해서 소비되는 전력을 삭감하기 위해서 사용되는 ASIC 프로그램의 변환 기술입니다.프로그램 변환은 계산 모델의 특성 및 유형, 상호 연결, 입력 출력 동작을 그대로 유지하는 작업의 순서 등의 계산 구조를 변경하는 작업입니다.기본적으로 Operation reduction을 사용하여 작업을 수행하기 위해 수행해야 할 작업 수를 줄이고 필요한 하드웨어와 그에 따른 전력 소비를 줄입니다.예를 들어, 특정 애플리케이션 고유의 IC에서 필요한 개별 추가 수를 줄이면 필요한 추가 수와 소비 전력이 자동으로 감소합니다.

오퍼레이션 대체

대체 운영은 특정 비용이 드는 운영이 상대적으로 저렴한 운영으로 대체되어 전력 소비를 줄이는 운영 감소 기술 중 하나입니다.운전 대체 기법의 대표적인 예는 다음과 같다.

  1. 더하기/빼기 곱셈:두 숫자를 더하는 것에 비해 비용이 많이 든다면 두 숫자를 곱하는 것이 이익이다.예를 들어 = x2 +X +B + BX2를 계산하여 2를 계산할 수 있으며, x2를 둘 다 같이 계산할 수 있습니다.u전력을 절약할 수 있습니다.
  2. 사인/코사인/탄 계산: 삼각함수를 계산하는 것도 비용이 많이 드는 것으로 판명될 수 있습니다.이 함수를 저차 Taylor 확장으로 대체하면 전력 소모가 적어지지만, 대략적인 근거에서는 손해를 볼 수 있으므로 유의해야 합니다.
  3. MAC에 의한 곱셈: 곱셈-누적 연산은 두 숫자의 곱을 계산하여 그 곱을 누산기에 추가하는 일반적인 단계입니다.이 목적으로 사용되는 하드웨어를 Multiplier-Acumulator(MAC; 멀티플라이어 어큐뮬레이터)라고 부릅니다.MAC 를 사용하면, 소비 전력도 삭감됩니다.기본적으로 MAC는 1개의 단위로 곱셈과 덧셈을 수행합니다.
  4. 메모리 액세스 감소:메모리 액세스가 빈번하게 필요한 조작을 메모리 액세스가 적은 조작으로 대체함으로써 프로그램 구조를 변경하는 것도 비용이 많이 드는 조작이기 때문에 이익이 됩니다.

나비 예시

조작 대체의 일반적인 예는 Butterfly의 예입니다.이 예에서는 식에 표시된 것처럼 항을 순차적으로 계산할 수 있는 두 개의r 값 y = ar xr - aii x, yi = ai * xr + ar x를i 계산해야 합니다.그러나 연산 대체를 사용하여 y = ar* (xi+xr) - xi * (ai+ar), yi = ar* (xi+xrr) + xr * (a-air)라는 식을r 사용하여 계산할 수 있습니다. 여기서 계산한 항은i 4 곱하기에서 3 더하기 2로 변경된 연산 수를 사용하여 쉽게 계산할 수 있습니다.첫 번째 방법의 임계 경로는 길이 2였고, 후자의 경우와 마찬가지로 길이 3이었다.이것은 지연과 전력의 균형입니다.

스위칭 액티비티의 삭감

입력 변경 빈도에 따라 프로그램을 모델링하여 액티비티 전환이 적게 이루어지도록 할 수 있습니다.즉, 특정 입력이 변경 빈도가 낮으면 특정 모듈이 다른 모듈에 비해 상대적으로 수동적이 되도록 단일 모듈에서 작동시켜야 합니다.A+B+C+D는 (A+B)+C+D 또는 (A+B)+(C+D)로 계산할 수 있지만, 2개의 다른 가산기에 C,D를 공급하는 것이 비교적 느리면 같은 가산기에 공급하는 것이 이익이다.

Power Aware 스케줄링 및 바인딩

모든 합성에는 할당(리소스 수와 유형), 스케줄링(동작 스케줄링), 바인딩(회선 구축)의 3가지 부분이 있습니다.프로그램 내의 어느 값이 몇 개의 모듈을 활성화하는지에 따라 특정 순서로 작업을 스케줄링할 수 있습니다.우리는 항상 사전에 더 많은 작업을 완료해야 하는 작업은 나중에 예약하기를 원합니다.

상호 제외 이용

다음의 코드 스니펫을 검토해 주세요.
if(C>0){

A = A*C

}
프로파일링을 통해 C의 값이 2일 가능성이 높다고 가정해 보겠습니다.따라서 C와 A는 독립적이고 상호 배타적이기 때문에 코드를 다음과 같이 수정할 수 있습니다.
if (c == 2) A = A < 1
else if (C > 0){

A = A * C;

}
여기서 곱셈은 대부분의 경우 트리거되고 곱셈보다 훨씬 저렴한 시프트 조작으로 대체된다.

레퍼런스

  1. 찬드라카산, A.P. 등, 변환을 사용한 전력 최적화, IEEE TCAD Vol. 14, 1995년 1월, 페이지 12 – 31
  2. 저전력 설계 Lec-4(https://www.youtube.com/watch?v=J56ExZ9uGkg)