システムLSI向けカスタム化可能IPコアのアーキテクチャおよび設計支援技術の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12358002
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村上 和彰 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 教授 (10200263)
• 研究分担者: 岩井原 瑞穂 京都大学, 大学院・情報学研究科, 助教授 (40253538) ; 松永 裕介 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助教授 (00336059) ; 安浦 寛人 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 教授 (80135540) ; 冨山 宏之 (財)九州システム情報技術研究所, 第1研究室, 研究員 ; 井上 創造 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助手 (90346825)
• キーワード: システムLSI / IPコア / 設計支援技術 / 設計最適化 / 低消費電力化 / 計算機アーキテクチャ / HW / SWコデザイン / 動的最適化

研究概要

本研究では,システムLSI向けの「コアベース設計法」の確立を目的として,「カスタム化可能IPコア」のアーキテクチャ,設計法,カスタム化支援技術,等に関する研究を行っている。3年計画の最終年度に当たる本年度は,主に以下の研究を遂行した。
1.カスタム化可能プロセッサ・コア・アーキテクチャの開発:カスタム化可能IPコアとしてプロセッサ自身,および,プロセッサを補完するコプロセッサの2種類を対象として,それらをカスタム化可能としたアーキテクチャならびにカスタム化支援技術を開発した。具体的には,(i)機能ユニットの性能および消費電力をプログラムのコンパイル時ないし実行時にカスタム化可能なプロセッサ,(ii)実現すべき機能をプログラムの実行時にオンラインでカスタム化可能としたコプロセッサを対象にそのハードウェア構成情報生成技術,等を開発した。
2.カスタム化可能メモリ・コア・アーキテクチャの開発:カスタム化可能IPコアとしてシステムLSI内のメモリを対象として,それらをカスタム化するための技術を開発した。具体的には,(i)命令ROMに格納する命令の符号化法を命令のビット・パタンの出現頻度に応じてカスタム化することで消費電力を低減する技術,(ii)命令フェッチ・アドレスの履歴を採集し,アドレスが連続する場合は命令キャッシュのタグ比較を省略することで消費電力を低減する技術,等を開発した。
3.可変長データパス/メモリパスのカスタム化支援技術:プロセッサのデータパス巾およびメモリパス巾を設計時にカスタム化する場合を対象に,変数の有効ビット幅解析技術,ならびに,出力データの品質に応じてデータパス巾およびメモリパス巾を性能,消費電力のトレードオフを取りながら最適化する技術を開発した。また,変数の有効ビット幅解析結果を用いて変数のメモリ上の配置をカスタム化することで消費エネルギーを低減化する技術を開発した。

研究成果

• [文献書誌] K.Inoue et al.: "A History-Based I-Cashe for Low-Energy Multimedia Applications"Proc. of International Symposium on Low Power Electronics and Design(ISLPED'02). 148-153 (2002)
• [文献書誌] Y.Cao et al.: "Memory Organization for Low-Energy Processor-Based Application-Specific Systems"IEICE Transactions on Electronics. E85-C・8. 1616-1624 (2002)
• [文献書誌] K.Inoue et al.: "A Low Energy Set-Associative I-Cashe with Extended BTB"Proc. of International Conference on Computer Design(ICCD'02). 187-192 (2002)
• [文献書誌] H.Tomiyama et al.: "A Framework for Bitwidth Optimization in System-on-Chip Design"Proc. of International Workshop on Application Specific Processors(WASP'02). 46-53 (2002)
• [文献書誌] Y.Cao et al.: "Quality-Driven Design for Video Applications"IEICE Ttansactions on Fundamentals of Electronics, Communications, and Computer Science. E85-A・12. 2568-2576 (2002)
• [文献書誌] Y.Matsunaga: "An Efficient Algorithm Finding Simple Disjoint Decompositions Using BDDs"IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications, and Computer Science. E85-A・12. 2715-2724 (2002)