Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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한국방송공학회 2014년도 하계학술대회
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pp.157-159
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2014
In this paper, we introduce SlimSRP, an ultra-low-power digital signal processor (DSP) solution for mobile audio and voice applications. So far, application processors (APs) have taken charge of all the tasks in mobile devices. However, they have suffered from short battery life problems to deal with complex usage scenarios, such as always-on voice trigger with continuous audio playback. From extensive analysis of audio and voice application characteristics, SlimSRP is designed to relive the performance and power burden of APs. It employs three-issue VLIW architecture, and the major low-power and high-performance techniques include: (1) an optimized register-file architecture friendly for constants generation, (2) a powerful instruction set to reduce the number of register file accesses and (3) a unique instruction compression scheme that contributes to saved memory size and reduced cache miss. An implementation of SlimSRP runs at up to 200MHz and the logic occupies 95K NAND2 gates in Samsung 28LPP process. The experimental results demonstrate that a MP3 decoder application with a 128kbps 44.1kHz input can run at 5.1MHz and the logic consumes only 22uW/MHz.
본 논문에서는 명령어 수준의 병렬성을 다루는 세 가지 프로세서 모델을 정의하고 각 모델별로 명령어 파이프라인을 운용하는 방법에 다른 실행사이클의 변화를 연구하였다. 본 논문에서 고려한 세가지 모델은1) 긴 명령어 인출시 캐시미스가 발생하면 명령어 파이프라인이 정지되는 전통적인 VLIW 구조, 2) 전통적인 VLIW 구조와 같이 긴 명령어 인출시 캐시미스가 발생하면 명령어 파이프라인이 정지되나 실시간에 긴 명령어를 실행 유니트로 스케줄링할 수있으므로 목적 코드에서 LNOP를 제거할 수 있는 구조 및 3)2)의 구조에서 긴 명령어를 인출하는 과정에서 캐시미스가 발생하더라도 LNOP을 분석 유니트로 제공하여 명령어 파이프라인을 계속 진행시키는 구조의 세 가지이다. 연구결과, 세 번째 구조에서 발생되는 LNOP 의 수는 첫 번째 구조와 두 번째 구조에 비하여 적어서 동일한 응용 프로그램을 처리하는데 필요한 실행사이클의 수가 가장 짧았다. 여러 가지 벤치 마크들에 대한 모의 실험에서도 세 번째 구조가 다른 구조의 프로세서에 비하여 실행사이클의 수가 가장 짧음을 확인할 수 있었다.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics B
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제32B권5호
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pp.683-692
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1995
Many kinds of large scale multiprocessing and parallel-processing systems have recently been developed. The contention on the shared data caused by multiple processors may degrade system performance. So, processor synchronization has become one of the important issues in these systems. To solve the synchornization issues, a lot of software and hardware schemes based on spin lock have been proposed. Although software schemes are easy to implement, hardware schemes are preferred in many systems to gain optimized performance. This paper proposes an efficient processor synchronization scheme, called QCX,and describes its design considerations, hardware, algorithm, protocol. Also, in this paper, the performance of QCX has been evaluated with QOLB[5] and LBP[7] using a simulation. The simulation, with varying the number of processor and the contention on shared variables, measured the average execution times of a workload. The simulation results show that the performances of QCX is best when practicability is considered. QCX is more efficient than QOLB and LBP in two aspects. First, the hardware of QCX is more simple and cost-effective because the cache structure need not be changed. Secondly, QCX is more general because it uses a generic atomic instruction.
VLIW에서는 프로그램 코드를 병렬화 하는 작업이 모두 컴파일러에 의해서만 이루어진다. 따라서 병렬로 수행될 연산어들을 명시적으로 나타내 주어야 하며, 이를 위한 명령어 인코딩 방식으로 전개 인코딩 방식과 압축 인코딩 방식이 사용되어 왔다. 각 인코딩 방식들은 명령어의 적재 및 검색을 위해 서로 다른 캐쉬 구조를 필요로 하는데, 전개 인코딩 방식으로 비압축 캐쉬를 압축 인코딩 방식으로 압축 캐쉬를 사용하고 있다. 그러나 이들은 각각 무효 연산어로 인한 메모리 활용 효율 저하와 복원 과정으로 인한 명령어 인출 오버헤드의 증가라는 문제점을 안고 있다. 본 논문에서는 부분적으로 명령어 길이를 일정하게 유지하는 부분 압축 인코딩을 사용해 메모리 활용 효율을 높이는 동시에 명령어 인출 오버헤드를 줄일 수 있는 분할 캐쉬 구조를 제안한다. 각 캐쉬 구조를 구현하는데 필요한 칩 영역을 계산하여, 분할 캐쉬가 비교적 비용 효율적인 캐쉬 구조임을 확인하였다. 모의 실험을 통한 메모리 활용 효율 측정 결과 하드웨어 비용의 증가를 고려하더라도 분할 캐쉬는 비압축 캐쉬에 비해 최고 약 3배의 메모리 활용 효율을 얻을 수 있었다. 각 캐쉬 구조를 일차 캐쉬로 하는 VLIW 시스템들의 성능 측정 결과는 TCSC(블록 집중형 분할 캐쉬)를 사용한 시스템이 비용 대비 성능 면에서 가장 우수한 것으로 나타났다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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제17권3호
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pp.699-707
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2016
This paper proposes a low-complexity central processing unit (CPU) that is suitable for deeply embedded systems, including Internet of things (IoT) applications. The core features a 16-bit instruction set architecture (ISA) that leads to high code density, as well as a multicycle architecture with a counter-based control unit and adder sharing that lead to a small hardware area. A co-processor, instruction cache, AMBA bus, internal SRAM, external memory, on-chip debugger (OCD), and peripheral I/Os are placed around the core to make a system-on-a-chip (SoC) platform. This platform is based on a modified Harvard architecture to facilitate memory access by reducing the number of access clock cycles. The SoC platform and CPU were simulated and verified at the C and the assembly levels, and FPGA prototyping with integrated logic analysis was carried out. The CPU was synthesized at the ASIC front-end gate netlist level using a $0.18{\mu}m$ digital CMOS technology with 1.8V supply, resulting in a gate count of merely 7700 at a 50MHz clock speed. The SoC platform was embedded in an FPGA on a miniature board and applied to deeply embedded IoT applications.
Kim, You-Jin;Cho, Kyoung-Rok;Kim, Sung-Sik;Cheong, Eui-Seok
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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제36C권9호
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pp.1-12
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1999
In this paper, we designed an embedded processor with 128Kbytes EPROM and 4Kbytes SRAM based on GMS30C2132 which RISC processor with DSP functions. And a new architecture of bus sharing to control the embedded memory and external memory unit i proposed aiming at one-cycle access between memories and CPU. For embedded 128Kbytes EPROM, we designed the new expansion interface for data size at data ordering with memory organization and the efficient interface for test. The embedded SRAM supports an extended stack area high speed DSP operation, instruction cache and variable data-length control which is accessed with 4K modulo addressing schemes. The proposed new architecture and circuits reduced the memory access cycle time from 40ns and improved operation speed 2-times for program benchmark test. The chip is occupied $108.68mm^2$ using $0.6{\mu}m$ CMOS technology.
Conditional branches can severely limit the performance of instruction level parallelism by causing branch penalties. 2-level adaptive branch predictors were developed to get accurate branch prediction in high performance superscalar processors. Although 2 level adaptive branch predictors achieve very high prediction accuracy, they tend to be very costly. In this paper, set-associative cached correlated 2-level branch predictors are proposed to overcome the cost problem in conventional 2-level adaptive branch predictors. According to simulation results, cached correlated predictors deliver higher prediction accuracy than conventional predictors at a significantly lower cost. The best misprediction rates of global and local cached correlated predictors using set-associative caches are 5.99% and 6.28% respectively. They achieve 54% and 17% improvements over those of the conventional 2-level adaptive branch predictors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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