Uma exploração do espaço de projeto de processadores com hardware de ponto flutuante em FPGAS

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Rodolfo, Taciano Ares
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul; Faculdade de Informáca; BR; PUCRS; Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
• Palavras-chave em Português: INFORMÁTICA; ARQUITETURA DE COMPUTADOR; FPGA; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/5211

Circuitos aritméticos são parte fundamental de sistemas digitais, uma vez que cada porção de informação processada por estes deve ter sido codificada previamente sob a forma de números, e que a aritmética é a forma por excelência de proceder à manipulação sistemática de números. Existe uma grande quantidade de esquemas de codificação usados em sistemas digitais, mas três formas de representação se sobressaem por serem usadas na maioria maciça das situações: números sem sinal, números inteiros e a representação de ponto flutuante. Os dois primeiros são mais simples e mais universais, mas algumas aplicações exigem o recurso à faixa estendida de valores e à precisão incrementada de representações de ponto flutuante. Embora o uso de hardware de ponto flutuante em FPGAs tenha sido por muito tempo considerado inviável ou relegado ao uso apenas em dispositivos e plataformas de alto custo, esta não é mais a situação atual. Este trabalho descreve o processo de projeto, a implementação física e uma avaliação preliminar de unidades de processamento de ponto flutuante de precisão simples em hardware para uma arquitetura de processador MIPS. Exploram-se várias implementações completas que têm a forma de coprocessadores fortemente acoplados. Estes coprocessadores ocupam apenas 4% de um FPGA de tamanho médio, enquanto o processador em si ocupa 3% do mesmo dispositivo. O processo de exploração do espaço de soluções de projeto descrito aqui considera as figuras de mérito área, desempenho e potência e considera variações na escolha da ferramenta de síntese, do método de geração a unidade de ponto flutuante e questões arquiteturais tais como estratégias de uso de relógios. Os experimentos conduzidos mostram reduções de mais de 20 vezes na contagem do número de ciclos de relógio do processador, para módulos de aplicação típicos que usam ponto flutuante de forma intensiva, quando comparado com processamento de representações de ponto flutuante emulado em software.