PIM-gem5 : a system simulator for Processing-in-Memory design space exploration

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Lima, João Paulo Cardoso de
Orientador(a): Carro, Luigi
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
3D
Palavras-chave em Inglês:
Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/194605
Resumo: Processing-in-Memory (PIM) has been recently revisited to address the issues of memory and power wall, mainly due to the maturity of 3D-stacking manufacturing technology and the increasing demand for bandwidth and parallel access in emerging data-centric applications. Recent studies have shown a wide variety of processing mechanisms to be placed in the logic layer of 3D-stacked memories, not to mention the already available 3D-stacked DRAMs, such as Micron’s Hybrid Memory Cube (HMC). Most of the studies in PIM architectures use the HMC as target memory, since its logic layer is suitable for placing processing logic in the memory device. Nevertheless, the lack of tools for rapid prototyping can be a limiting factor to explore new architectures, mainly when computer architectures aim to simulate system integration. In this document, we present a PIM support for the broadly adopted gem5 simulator and a methodology for prototyping PIM accelerators. Using the proposed simulator, computer architects can model a full environment and address open problems in the PIM research field. Also, we present two case studies of a fixed-function and a programmable logic PIM placed alongside each vault controller, and we highlight the generic points of our implementation which can be used to the exploit efficiency of new PIM accelerators.
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spelling Lima, João Paulo Cardoso deCarro, Luigi2019-05-28T02:36:46Z2019http://hdl.handle.net/10183/194605001093821Processing-in-Memory (PIM) has been recently revisited to address the issues of memory and power wall, mainly due to the maturity of 3D-stacking manufacturing technology and the increasing demand for bandwidth and parallel access in emerging data-centric applications. Recent studies have shown a wide variety of processing mechanisms to be placed in the logic layer of 3D-stacked memories, not to mention the already available 3D-stacked DRAMs, such as Micron’s Hybrid Memory Cube (HMC). Most of the studies in PIM architectures use the HMC as target memory, since its logic layer is suitable for placing processing logic in the memory device. Nevertheless, the lack of tools for rapid prototyping can be a limiting factor to explore new architectures, mainly when computer architectures aim to simulate system integration. In this document, we present a PIM support for the broadly adopted gem5 simulator and a methodology for prototyping PIM accelerators. Using the proposed simulator, computer architects can model a full environment and address open problems in the PIM research field. Also, we present two case studies of a fixed-function and a programmable logic PIM placed alongside each vault controller, and we highlight the generic points of our implementation which can be used to the exploit efficiency of new PIM accelerators.O conceito de Processamento em Memória (PIM) está sendo revisitado recentemente para tratar de problemas relacionados ao gargalo de memória e energia dos sistemas computacionais atuais. A retomada à pesquisa em PIM deve-se principalmente à maturidade da tecnologia de fabricação de circuitos 3D e à crescente demanda por banda de memória e acesso paralelo em novas aplicações que são centradas em dados. Para conciliar aceleração e eficiência energética em aplicações emergentes, estudos recentes investigaram diferentes projetos de circuitos digitais de processamento para a camada lógica de memórias 3D, sem mencionar as memórias em produção como o Hybrid Memory Cube (HMC) da Micron, que integram camadas de circuitos lógicos e DRAM por vias de alta velocidade. A maioria dos estudos em arquiteturas PIM usa o HMC como memória alvo, já que sua camada lógica é adequada para inserir lógica de processamento no dispositivo de memória. No entanto, a falta de ferramentas para prototipagem rápida pode ser um fator limitante para explorar novas arquiteturas, principalmente quando estas arquiteturas necessitam simular a integração de sistemas para avaliar e testar alguma solução em nível de sistema. Neste documento é apresentado um suporte para o simulador gem5 que permite a simulação de novos projetos e uma metodologia para prototipagem de aceleradores PIM. Usando o simulador proposto é possível modelar um ambiente completo e abordar problemas em aberto no campo de pesquisa de PIM. Além disso, dois estudos de caso de arquiteturas PIM são apresentados: um projeto do tipo função fixa e outro de lógica programável, e destacam-se os pontos genéricos da implementação do simulador que podem ser utilizados para a exploração de eficiência de novos aceleradores PIM.application/pdfengMemoria : Computadores3DProcessing-in-memorySystem simulator3D-stacked memoryPIM-gem5 : a system simulator for Processing-in-Memory design space explorationPIM-gem5: um simulador de sistemas para exploração de espaço de projeto em arquiteturas de processamento em memória info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisUniversidade Federal do Rio Grande do SulInstituto de InformáticaPrograma de Pós-Graduação em ComputaçãoPorto Alegre, BR-RS2019mestradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGSinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)instacron:UFRGSTEXT001093821.pdf.txt001093821.pdf.txtExtracted Texttext/plain167359http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/194605/2/001093821.pdf.txt11be382cb2c104909aa2e43d8a10c610MD52ORIGINAL001093821.pdfTexto completo (inglês)application/pdf4968580http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/194605/1/001093821.pdf4208e4805b3c16e1ce34ddd0b29ffe18MD5110183/1946052021-05-26 04:27:23.840781oai:www.lume.ufrgs.br:10183/194605Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://lume.ufrgs.br/handle/10183/2PUBhttps://lume.ufrgs.br/oai/requestlume@ufrgs.br||lume@ufrgs.bropendoar:18532021-05-26T07:27:23Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)false
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