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13.02.2017 | Ausgabe 6/2017

International Journal of Parallel Programming 6/2017

Generating ASIPs with Reduced Number of Connections to the Register-File

Zeitschrift:
International Journal of Parallel Programming > Ausgabe 6/2017
Autoren:
Yosi Ben Asher, Irina Lipov, Vladislav Tartakovsky, Dror Tiv
Wichtige Hinweise
This work is supported by the Israel Ministry of Science, Grant No. 3-10894.

Abstract

We propose automatic synthesis of application specific instruction set processors (ASIPs). We use pipeline execution of multi-op machine-instructions, e.g., \(*({ reg}1*{ reg}2) = (*{ reg}3)+(*{ reg}4)\) (C-syntax) an instruction with three memory pipeline stages and two arithmetic stages. The problem is, for a given set of loops, to find a pipeline configuration and a multi-op ISA that maximizes the IPC (instructions per cycle) while minimizing the resource usage and the cost of interconnections to the register-file of the resulting CPU. The algorithm is based on finding an efficient cover of a large graph by a small set of convex sub-graphs (called \(g_i\)s) that are consistent with a given set of pipeline units. Unlike previous works, \(g_i\)s are not synthesized to circuits that are executed in a co-processor mode but rather both \(g_i\)s and the rest of the program are executed by the same set of multiop pipeline units. In this way we eliminate the overhead associated with the co-processor mode of regular ASIPs but maintain high values of IPC of these ASIPs. The main advantage of using pipeline execution of multi-op versus VLIW instructions is shown to be the cost of interconnections between the CPU’s execution units and the register file. Once the pipeline configuration and the cover \(g_1 \cup \cdots \cup g_n=G\) has been computed the Verilog RTL of the corresponding CPU (extended with branch instructions) is generated and synthesized to FPGA. The results show that, for a set of selected kernels, the resulting ASIP (called Ocpu) obtains higher IPC values compare to an equivalent compilation to an ARM cpu while obtaining similar clock frequencies.

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Literatur
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