Implementierung approximierender arithmetischer Einheiten für Prozessoren mit Datenpfad-Pipelining

Hiwi-Tätigkeit im Rahmen des DFG-Projekts „Quantification of the Trade-off between Energy and Exactness in Computer Vision Processor Architectures Enhanced with Stochastic Computing Mechanisms“

Schlagworte: VHDL-Implementierung, Hardware-Verifikation, DFG-gefördertes Stochastic-Computing-Projekt, Approximate Computing

Im Rahmen des o.g. DFG-geförderten Stochastic- und Approximate-Computing-Projekts werden in den Datenpfaden von Prozessoren anstelle exakt berechnender konventioneller Addierer und Multiplizierer Einheiten eingesetzt, die lediglich Näherungsergebnisse ausgeben. Im Abtausch gegen die Rechengenauigkeit werden dafür Vorteile bei Chipfläche, Verlustleistung oder Datendurchsatz/Übertaktbarkeit erzielt.

In der Literatur werden Ansätze und Konzepte für approximierende Einheiten vorgestellt, die zumeist auf rein kombinatorischen Schaltungen basieren. Sollen diese in Prozessoren mit einem aus mehreren Pipelinestufen bestehenden Datenpfad verwendet werden, so ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, das Pipelining zu realisieren. Dies kann Auswirkungen auf die Fehlercharakteristik der Näherungsergebnisse zeigen.

Für die Untersuchung der genannten Zusammenhänge sollen in einer HiWi-Tätigkeit approximierende arithmetische Einheiten in der Hardware-Beschreibungssprache VHDL implementiert werden, die zur Anwendung eines parametrisierbaren Pipelining-Schemas geeignet sind. Dabei kann zum Teil auf rein kombinatorische Beschreibungen approximierender Addierer und Multiplizierer zurückgegriffen werden, die im Rahmen vorausgegangener studentischer Arbeiten entwickelt wurden. Neben der Analyse des Pipelining-Potentials von Approximate-Computing-Ansätzen und der VHDL-Implementierung ist ebenso die Verifikation der Hardware-Beschreibung und die Untersuchung des Pipelining-Einflusses auf die Näherungscharakteristik der arithmetischen Einheiten Teil der Tätigkeit.

Ansprechpartner

M.Sc. Moritz Weißbrich (Raum: 311, Telefon: 0511 762-19611, Mail: weissbrich@ims.uni-hannover.de)