高信頼化と低消費電力化の両立を目的とした環境適応型プロセッサに関する研究

• Project/Area Number: 17680005
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Computer system/Network
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 井上 弘士 Kyushu University, システム情報科学研究院, 准教授 (80341410)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥26,650,000 (Direct Cost: ¥20,500,000、Indirect Cost: ¥6,150,000); Fiscal Year 2007: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000); Fiscal Year 2006: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2005: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: マイクロプロセッサ / 低消費電力 / 信頼性 / 動的最適化 / マイクロ・アーキテクチャ

Research Abstract

今年度は、これまでに考案したプロセッサ・アーキテクチャならびにメモリ・アーキテクチャの定量的評価を実施した。また、システム動作環境に適応することで無駄な消費エネルギー消費を回避する新しいメモリ構成法を考案した。具体的には、以下の研究課題に取り組んだ。
・カスタム命令実行に基づく高信頼/低消費エネルギー・プロセッサの評価:平成18年度に考案した「カスタム命令実行によるプロセッサの高性能化」を基本とし、提案方式の消費エネルギー削減効果を明らかにした。また、プロセッサ構成要素へのアクセス頻度を削減可能であり、これに基づく信頼性の向上も期待できることが分かった。
・高信頼/低消費リークエネルギー・キャッシュの高性能化:これまでに提案している電源電圧の供給停止に基づく高信頼/低消費エネルギー・キャッシュの性能オーバヘッド低減方式を評価した。その結果、提案方式により、高い信頼性の確保、リーク消費電力、ならびに、性能低下の隠蔽といった要求を同時に満足可能であることが明らかになった。
・環境適応型低消費エネルギー・キャッシュの考案と評価:今年度、動作環境におうじてキャッシュサイズを適応的に調節することで、キャッシュの消費エネルギーを削減できる新しいアーキテクチャを考案した。また、その評価を行い、提案方式の有効性を明らかにした。これに加え、メモリ内の複数ビットにおいて同時にエラーが発生する状況を想定し、これらのエラー検出ならびに訂正を可能にしつつ、信頼性向上において発生する消費エネルギー・オーバヘッドを低減する新しいメモリ構成法を考案し、その有効性を示した。
また、国内外の会議において上記の研究成果を報告した。

Research Products

• [Journal Article] A Reconfigurable Functional Unit with Conditional Execution for MuIti-Exit Custom Instructions (2008)
  • Author(s): H, Noori・F, Mchdipour・K, Murakami・K, Inoue・M. S., Zamani
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics(採録決定) (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature-Aware Configurable Cache to Reduce Energy in Embedded Systems (2008)
  • Author(s): H, Noori・M, Goudarzi・K, Inoue・K, Murakami
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics(採録決定) (in press)
  • NAID: 10026817288
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An Architecture Framework for an Adaptive Extensible Processor (2008)
  • Author(s): H, Noori・F, Mehdipour・K, Murakami・K, Inoue・M.S., Zamani
  • Journal Title: Journal of Supercomputing, Springer Netherlands(採録済み) (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Improving Performance and Energy Saving in a Reconfigurable Processor via Accelerating Control Data Flow Graphs, "IEICE Transactions on Electronics" (2007)
  • Author(s): F, Mehdipour・H, Noori・M.S., Zamani・K, Inoue・K, Murakami
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics Vol. E90-D,no.12 Pages: 1956-1966
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Effect of Temperature on Cache Size Tuning for Low Energy Embedded Systems (2007)
  • Author(s): H. Noori, M. Goudarzi, K. Inoue, and K. Murakami
  • Journal Title: The 17th ACM Great Lakes Symposium on VLSI Pages: 453-456
  • NAID: 120006655386
• [Journal Article] Return Address Protection on Cache Memories (2006)
  • Author(s): K. Inoue
  • Journal Title: IEICE Transactions on Electronics Vol.E89-C, No.12, Pages: 1937-1947
  • NAID: 110007538753
• [Journal Article] Lock and Unlock: A Data Management Algorithm for A Security-Aware Cache (2006)
  • Author(s): K. Inoue
  • Journal Title: IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems Pages: 1093-1096
  • NAID: 120006655380
• [Journal Article] Supporting A Dynamic Program Signature: An Intrusion Detection Framework for Microprcessors (2006)
  • Author(s): K. Inoue
  • Journal Title: IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems Pages: 160-163
  • NAID: 120006655381
• [Journal Article] An Integrated Temporal Partitioning and Mapping Framework for Handling Custom Instructions on a Reconfigurable Functional Unit' (2006)
  • Author(s): F. Mehdipour, H. Noori, M. S. Zamani, K. Murakami, M. Sedighi, and K. Inoue
  • Journal Title: Proc. of 11th Asia-Pacific Conference Pages: 219-230
  • NAID: 120006655376
• [Journal Article] Custom Instruction Generation Using Temporal Partitioning Techniques for a Reconfigurable Functional Unit (2006)
  • Author(s): F. Mehdipour, H. Noori, M. S. Zamani, K. Murakami, K. Inoue, and M. Sedighi
  • Journal Title: The 2006 IFIP International Conference on Embedded And Ubiquitous Computing Pages: 722-731
  • NAID: 120006655367
• [Journal Article] A RECONFIGURABLE FUNCTIONAL UNIT FOR AN ADAPTIVE DYNAMIC EXTENSIBLE PROCESSOR (2006)
  • Author(s): H. Noori, F. Mehdipour, K. Murakami, K. Inoue, and M. Saheb Zamani
  • Journal Title: Proc. of 2006 International Conference on Field Programmable Logic and Applications Pages: 781-784
  • NAID: 120006655368
• [Journal Article] 待機ラインへの参照密度に基づく低リーク・キャッシュの高性能化 (2006)
  • Author(s): 小宮礼子, 井上弘士, 村上和彰
  • Journal Title: 先進的計算基盤システムシンポジウム Pages: 3-12
  • NAID: 120006654346
• [Journal Article] キャッシュメモリ中の衰退ラインを利用したメモリ整合性検証の高速化 (2006)
  • Author(s): 坂口 高宏, 井上 弘士, 村上 和彰
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 DC2006-2 Pages: 67-72
  • NAID: 110004822622
• [Journal Article] メモリ・アーキテクチャ・ベンチマーキング手法の提案 (2006)
  • Author(s): 小野 貴継, 井上 弘士, 村上 和彰
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 2006-EVA-18 Pages: 1-8
  • NAID: 110004849933
• [Journal Article] チップマルチプロセッサにおけるキャッシュメモリの特性解析 (2006)
  • Author(s): 三原 智伸, 井上 弘士, 村上 和彰
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 2006-ARC-169 Pages: 79-84
  • NAID: 110004824132
• [Journal Article] プログラムの実行経路の偏りに注目した分岐予測法 (2006)
  • Author(s): 築地 孝典, 井上 弘士, 村上 和彰
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 ICD2006-40 Pages: 1-6
• [Journal Article] 演算結果再利用による高信頼かつ低消費電力なプロセッサに関する検討 (2006)
  • Author(s): 橋口 陽祐, 井上 弘士, 村上 和彰
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 ICD2006-40 Pages: 7-12
  • NAID: 110004748897
• [Journal Article] Performance Optimization for Low-Leakage Caches based on Sleep-Line Access Density (2006)
  • Author(s): R.Komiya
  • Journal Title: Proc.of the Workshop on 4th Workshop on Optimizations for DSP and Embedded Systems (発表予定)
• [Journal Article] General Overview of an Adaptive Dynamic Extensible Processor (2006)
  • Author(s): H.Noori
  • Journal Title: Proc.of the Workshop on IntroSpective Architectures (通しページ番号無し) Pages: 8-8
• [Journal Article] Adaptive Mode Control for Low-Power Caches based on Way-Prediction Accuracy (2005)
  • Author(s): H.Tanaka
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Vol.E88-A, No.12 Pages: 3274-3281
• [Journal Article] Quantitative Evaluation of State-Preserving Leakage Reduction Algorithm for L1 Data Caches (2005)
  • Author(s): R.Komiya
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Vol.E88-A, No.4 Pages: 862-868
• [Journal Article] Secure Cache : Run-Time Detection and Prevention of Buffer Overflow Attacks (2005)
  • Author(s): K.Inoue
  • Journal Title: Proc.of the Asia and South Pacific International Conference on Embedded SoCs (CD予稿集)
  • NAID: 120006655329
• [Journal Article] A Cost Effective Spatial Redundancy with Data-Path Partitioning (2005)
  • Author(s): S.Matsusaka
  • Journal Title: Proc.of the International Conference on Information Technology and Applications Pages: 51-56
• [Journal Article] バッファ・オーバフロー検出を目的としたセキュア・キャッシュの性能/消費電力解析 (2005)
  • Author(s): 井上弘士
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.ICD2005-188 Pages: 43-48
  • NAID: 110003493780
• [Journal Article] 常活性ラインに基づく高性能/低リーク・キャッシュの消費エネルギー評価 (2005)
  • Author(s): 小宮礼子
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.ICD2005-188 Pages: 37-42
• [Journal Article] An Adaptive Dynamic Extensible Processor (2005)
  • Author(s): Hamid Noori
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.105, No.453 Pages: 13-18
• [Journal Article] キャッシュ・ミス頻発ロード命令の特徴解析 (2005)
  • Author(s): 三輪英樹
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 2005-ARC-165 Pages: 1-6
• [Journal Article] キャッシュ・ミス頻発ロード命令を対象としたミス原因解析 (2005)
  • Author(s): 三輪英樹
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.105, No.226 Pages: 43-86
• [Journal Article] 待機ラインへの参照密度に基づく低リーク・キャッシュの動的制御 (2005)
  • Author(s): 小宮礼子
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 2005-ARC-164 Pages: 73-78
• [Journal Article] 実行の振舞いを鍵情報とする不正プログラムの動的検出方式 (2005)
  • Author(s): 井上弘士
  • Journal Title: 情報処理学会研究報告 2005-ARC-164 Pages: 25-30
• [Presentation] Improving Energy Efficiency of Configurable Caches via Temperature-Aware Configuration Selection (2008)
  • Author(s): H, Noori・M, Goudarzi・K, Inoue・K, Murakami
  • Organizer: Internal Symposium on VLSI(ISVLST08)
  • Place of Presentation: フランス
• [Presentation] Improved Policies for Drowsy Caches in Embedded Processors (2008)
  • Author(s): J, Zushi・G, Zeng・H, Tomiyama・H, Takada・K, Inoue
  • Organizer: Internal Symposium on Electronics Design, Test & Applications
  • Place of Presentation: 香港
• [Presentation] Design Space Exploration for a Coarse Grain Accelerator (2008)
  • Author(s): F, Mehdipour・H, Noori・M, S, Zamani・K, Inoue・K, Murakami
  • Organizer: Asia and South Pactfic Design Automation Conference
  • Place of Presentation: 韓国
• [Presentation] Energy Consumption Evaluation of an Adaptive Extensible Processor (2007)
  • Author(s): H, Noori・F, Mehdipour・M, Goudarei・S, Yamaguchi・K, Inoue・K, Murakami
  • Organizer: Reconfigurable and Adaptive Architecture Workshop
  • Place of Presentation: 米国
• [Presentation] The Effect of Nanometer-Scale Technologies on the Cache Size Selection for Low Energy Embedded Systems (2007)
  • Author(s): H, Noori, M, Goudarzi・K, Inoue・K, Murakami
  • Organizer: International Conference on Embedded Systems and Applications
  • Place of Presentation: 米国
• [Presentation] Dynamic Management Technique to Mitigate Performance Degradation for Low-Leakage Caches (2007)
  • Author(s): R, Komiya・K, Inoue・K, Murakami
  • Organizer: The 10th IEEE Symposium on Low-Power and High-Speed Chips
  • Place of Presentation: 日本
• [Presentation] Generating and Executing Multi-Exit Custom Instructions for an Adaptive Extensible Processor (2007)
  • Author(s): H, Noori・F, Mehdipour・K, Murakami・K, Inoue・M, Goudarzi
  • Organizer: The European Event for Electronic System Design & Test
  • Place of Presentation: フランス
• [Presentation] The Potential of Temperature-Aware Configyrable Cache on Energy Reduction (2007)
  • Author(s): Hamid, Noori・Maziar, Goudarzi・Koji, Inoue・Kazuaki, Murakmi
  • Organizer: 情報処理学会研究報告2007-ARC-173
  • Place of Presentation: 日本