Improving efficiency of general Purpose computer systems by adopting processing-in-memory architecture

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Silva Junior, Paulo Cesar Santos da
• Orientador(a): Beck Filho, Antonio Carlos Schneider
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Memoria : Computadores; Microeletrônica; Desempenho : Computadores
• Palavras-chave em Inglês: Processing-in-memory; 3D-stacked memory; performance efficiency; energy efficiency; area efficiency; code generation; compiler
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/206348

Por décadas as limitações inerentes aos sistemas de computadores tradicionais baseados em arquiteturas Von Neumann têm sido ofuscadas pelos avanços arquiteturais e a constante evolução tecnológica. Entretanto, nos últimos anos, o avanço tecnológico tem sido lento, e no corrente passo, a tecnologia tem contribuído cada vez menos com o desempenho dos sistemas modernos. Desta forma, uma nova era surge demandando abordagens arquiteturais disruptivas, seja na criação de novas arquiteturas ou na maneira que as existentes são utilizadas. Suportado pelas tecnologias de empilhamento 3D que permite integração de memória e lógica, novas oportunidades de reviver antigas técnicas têm emergido. Uma destas é o Processamento-em-Memória (PIM), a qual provê recursos para computar dados diretamente em memória. Esta tese toma vantagem destas novas oportunidades desenvolvendo um projeto de PIM que busca mitigar as limitações das arquiteturas atuais. Embora disrupitivo quanto ao desempenho, eficiência e programabilidade, a abordagem apresentada pretende ser de propósito geral. Entretanto, diversos desafios devem ser vencidos para permitir a adoção de PIMs. Além disto, estes desafios tornam-se ainda mais complexos quando os objetivos consistem em reduzir as deficiências das arquiteturas de propósito geral atuais, e possibilitar a utilização de PIM como parte de ambientes de propósito geral. A arquitetura PIM apresentada nesta tese permite aumentar o desempenho e a eficiência energética dos sistemas de propósito geral através da adoção da Unidade Vetorial Reconfigurável (RVU), enquanto provê o compilador para processamento-emmemória (PRIMO), um conjunto de ferramentas que automaticamente explora os recursos deponíveis no PIM. O PIM RVU pode superar os processadores de propósito geral atuais atingindo teóricos 2 TFLOPS. O PIM proposto também é capaz de alcançar alta eficiência em termos de potência atingindo 232 GFLOPS/Watt.