Diseño de una Unidad de Extensión Multimedia para Procesador RISC Ing. Eduardo Jonathan Martínez Montes Dr. Marco Antonio Ramírez Salinas

Índice Procesamiento Vectorial Microarquitectura SIMD Estado del Arte Objetivo Plan de Trabajo Conclusiones MICROSE - 2013

Procesamiento Vectorial Un procesador vectorial es una Unidad Central de Procesamiento (CPU). Opera sobre un arreglo de una dimensión de información. Aplica la misma instrucción a diferentes datos del mismo tipo. Emplea aritmética saturada. Operandos limitados entre valores máximos y mínimos MICROSE - 2013

Microarquitectura SIMD Ha sido utilizada desde principios de los años 80s. En los años 90s las computadoras personales se popularizaron en el mercado doméstico. El Pentium MMX© fue el primer procesador para computadoras personales en incluir tecnología SIMD. MICROSE - 2013

Procesamiento Escalar vs Vectorial Aquí explicamos la diferencia entre instrucciones SIMD y SISD y el paralelismo a nivel de datos. MICROSE - 2013

Superescalar vs Vectorial Paralelismo a nivel de instrucción. Paralelismo a nivel de datos. Aquí explicamos la diferencia entre paralelismo a nivel de instrucción y a nivel de datos. Un poco sobre ejecución fuera de orden. MICROSE - 2013

Procesamiento Vectorial Aquí explicamos la otra opción de procesamiento vectorial que es VLIW, utiliza hardware más simple pero relega el trabajo al compilador. MICROSE - 2013

Misma operación a diferentes Negativo de una Imagen Damos el ejemplo de las operaciones repetitivas (misma operación a diferentes datos del mismo tipo) Misma operación a diferentes datos del mismo tipo MICROSE - 2013

Implementación y Desarrollo AltiVec - IBM 2002 1996 SSE4 - Intel Pentium II (MMX)- Intel 2006 Sandy Bridge y Bulldozer - Intel y AMD 1998 3DNow!. - AMD SSE3 - Intel 2000 2004 2011 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2002 2008 2013 1997 Aquí hablamos sobre los desarrollos de SIMD en la industria (estado del arte) SSE2 - Intel Advanced Vector Extensions (AVX) - Intel AVX2 - Intel AltiVec - Motorola 2004 1999 SSE y SSE2 - AMD Streaming SIMD Extensions (SSE)- Intel 1996 2003 Advance 3DNow! (3DNow! 2) - AMD MICROSE - 2013

Arquitectura Lagarto MICROSE - 2013

Problemática a abordar No se cuenta con un diseño en México de esta tecnología. Los diseños existentes son cerrados y propietarios. Proyecto Lagarto EP no cuenta con una unidad vectorial. MICROSE - 2013

Descripción de la solución al problema planteado El diseño propuesto estará inspirado en la microarquitectura RISC. Conjunto de instrucciones compatible con MIPS Digital Media eXtension (MDMX). MICROSE - 2013

Contribuciones esperadas Sumador vectorial. Divisor vectorial. Multiplicador vectorial. MICROSE - 2013

Justificación Lagarto EP es un procesador embebido en desarrollo para la investigación y docencia. Actualmente este procesador carece de algunas unidades, por lo que este proyecto pretende dotarlo de una unidad de Extensión Multimedia. MICROSE - 2013

Objetivo Diseñar una unidad de extensión multimedia en lenguaje Verilog para el microprocesador Lagarto EP bajo la arquitectura RISC. Diseñar un sumador con aritmética saturada. Diseñar un multiplicador con aritmética saturada. Diseñar un divisor con aritmética saturada. Implementar el MIPS Digital Media eXtension (MDMX). MICROSE - 2013

Plan de trabajo y cronograma 2014 2015 Jan Mar May Jul Sep Nov Jan Mar May Jul Jan 6 - Mar 31 Investigación ISA MIPS Jan 6 - Apr 30 Diseño - Decodificador de instrucciones vectoriales Apr 1 - May 31 Diseño - Unidades de ejecución vectorial May 1 - Oct 31 Diseño - Camino de datos segmentado Jun 1 - Mar 31 Benchmarks - Diseño de programas de prueba Sep 1 - May 31 Benchmarks - Simulación y comparación de resultados Dec 1 - Jun 30 Integración al procesador Lagarto II Feb 1 - Jul 31 Estancia en UPC MICROSE - 2013

Conclusiones El presente trabajo mejorará el desempeño del procesador que se está diseñando en el proyecto Lagarto II. Se incrementaran el número de aplicaciones en las que se pueda utilizar el procesador Lagarto II. MICROSE - 2013

¿Preguntas? MICROSE - 2013