An ultra-low-energy, variation-tolerant fpga architecture using component-specific mapping
Notice bibliographique
Résumé
As feature sizes scale toward atomic limits, parameter variation continues to increase, leading to increased margins in both delay and energy. Parameter variation both slows down devices and causes devices to fail. For applications that require high performance, the possibility of very slow devices on critical paths forces designers to reduce clock speed in order to meet timing. For an important and emerging class of applications that target energy-minimal operation at the cost of delay, the impact of variation-induced defects at very low voltages mandates the sizing up of transistors and operation at higher voltages to maintain functionality. With post-fabrication configurability, FPGAs have the opportunity to self-measure the impact of variation, determining the speed and functionality of each individual resource. Given that information, a delay-aware router can use slow devices on non-critical paths, fast devices on critical paths, and avoid known defects. By mapping each component individually and customizing designs to a component's unique physical characteristics, we demonstrate that we can eliminate delay margins and reduce energy margins caused by variation. To quantify the potential benefit we might gain from component-specific mapping, we first measure the margins associated with parameter variation, and then focus primarily on the energy benefits of FPGA delay-aware routing over a wide range of predictive technologies (45 nm–12 nm) for the Toronto20 benchmark set. We show that relative to delay-oblivious routing, delay-aware routing without any significant optimizations can reduce minimum energy/operation by 1.72× at 22 nm. We demonstrate how to construct an FPGA architecture specifically tailored to further increase the minimum energy savings of component-specific mapping by using the following techniques: power gating, gate sizing, interconnect sparing, and LUT remapping. With all optimizations considered we show a minimum energy/operation savings of 2.66× at 22 nm, or 1.68–2.95× when considered across 45–12 nm. As there are many challenges to measuring resource delays and mapping per chip, we discuss methods that may make component-specific mapping more practical. We demonstrate that a simpler, defect-aware routing achieves 70% of the energy savings of delay-aware routing. Finally, we show that without variation tolerance, scaling from 16 nm to 12 nm results in a net increase in minimum energy/operation; component-specific mapping, however, can extend minimum energy/operation scaling to 12 nm and possibly beyond.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».