Çağdaş Mikroişlemcilerde Veri Saklayan Birimlerin Sızdırmaya Bağlı Güç Tüketiminin Azaltılması

Abstract

Mobile devices which are running on limited battery needs low power consumption and long stand-by duration more than ever. However modern microprocessors dissipate more static energy as CMOS process technology shrinks. In this thesis data holding components of the modern microprocessors are examined. SRAM tables are analyzed by means of performance, power consumption and area. Thesis offers a power gating technique for data holding components which consists of SRAMs by exploiting narrow values and architectural state of the superscalar microprocessor. Register file is selected to prove our idea. Register file rows are literally put to sleep depending of their architectural state and narrowness. Narrowness indicates that a value can be shown by fewer bits than the data path width of the microprocessor. While upper order bits of a SRAM row are put to sleep depending on narrowness, a whole row can be put to sleep depending of the architectural state of the microprocessor. However physical layout of the SRAM tables prevents the straightforward implementation of the sleep decisions. Static energy dissipation is reduced by %42 and as a byproduct of this technique; dynamic energy is reduced by %32. Silicon area and microprocessor performance is kept constant compared to the baseline microprocessor.

Sınırlı pil ömrüne bağlı olarak çalışan taşınabilen aygıtlar düşük güç tüketimi ve uzun bekleme sürelerine ihtiyaç duymaktadırlar. CMOS devreler ise küçülen üretim teknolojileriyle birlikte her geçen gün daha çok sızdırmaya bağlı olarak durağan güç tüketmektedirler. Bu tez çalışmasında mikroişlemcilerin veri saklayan bileşenleri incelenmiştir. SRAM tabloları başarım, güç tüketimi ve alan açısından ele alınmıştır. Tezde önerilen teknik, mikroişlemcinin mimari durumunu ve dar değerleri kullanarak, veri saklayan bileşenlere güç ayrıştırılması uygulanmasıdır. Bu fikri uygulamak için yazmaç öbeği seçilmiştir. Yazmaç öbeği satırları mecazı anlamda uyutularak durağan gücün azaltılması sağlanmıştır. Uyutma işlemi mikroişlemcinin mimari durumuna ve dar değerlere bağlıdır. Dar değerler, mikroişlemcinin veri yolu genişliğinden daha az sayıda bit kullanarak gösterilebilen değerlerdir. Yazmaç öbeği satırının üst bitleri darlığa göre uyutulabilirken, mimari duruma bağlı olarak bir satır tamamen kapatılabilir. Bu işlemler yapılırken SRAM tablosunun fiziksel olarak devre serimi, yöntemin uygulanmasının kolaylığını azaltmaktadır. Durağan enerji tüketimi %42 oranında azaltılırken, bu yöntemin bir yan ürünü olarak devingen enerji tüketimi de %32 azaltılmıştır. Mikroişlemcinin silikonda kapladığı alanı ve başarımı, yöntemin uygulanmadığı bir sistemle aynıdır. Böylece yöntemin getirdiği ek bir yük bulunmamaktadır.