Résumé - Encodeurs de magnitude de signe explicites permettent des multiplicateurs à faible consommation d'énergie

Encodeurs de magnitude de signe explicites permettent des multiplicateurs à faible consommation d'énergie

2025-07-24 08:26:33

{"Felix Arnold","Maxence Bouvier","Ryan Amaudruz","Renzo Andri","Lukas Cavigelli"}

{cs.NE,cs.AR,cs.PF}

Cette recherche investigate la consommation d'énergie des unités de multiplicateurs à point fixe dans les systèmes informatiques modernes. En décomposant les multiplicateurs en sous-composants séparés et en convertissant explicitement les données d'entrée en format de magnitude avec signe avant la multiplication, la méthode présentée améliore considérablement l'efficacité énergétique. ### Aperçu de la méthode : 1. **Bloc d'encodage** : Convertit le format de deux compléments en format de magnitude avec signe à l'aide d'un encodeur. 2. **Module de multiplicateur** : Effectue la multiplication dans le format de magnitude avec signe original et sort le résultat. 3. **Optimisation séparée** : Synthétise et optimise chaque sous-composant séparément, en maintenant l'équivalence logique pour assurer la compatibilité avec les systèmes prêts à la production. ### Résultats et avantages : * **Consommation d'énergie réduite** : La méthode proposée entraîne des économies d'énergie significatives, en particulier pour les valeurs d'entrée centrées autour de zéro, courantes dans les charges de travail de l'intelligence artificielle. * **Efficacité énergétique améliorée** : L'activité de basculement dans les multiplicateurs avec des inputs réalistes suivant une distribution normale peut être réduite de jusqu'à 33 %. * **Aucune perte de précision** : La conception de multiplicateur décomposée et optimisée conserve toute la précision tout en réduisant la consommation d'énergie. * **Configuration versatile** : Supporte divers formats de données d'entrée et de sortie, y compris la magnitude avec signe et le deux compléments, avec des configurations d'encodage personnalisables. ### Évaluation et analyse : * **Simulations après synthèse** : Utilise des modèles de simulation au niveau du RTL après synthèse et d'évaluation de l'activité de basculement (SwAct) pour une estimation rapide de la consommation d'énergie. * **Comparaison avec le point de référence** : Obtient une activité de basculement de 12,9 % inférieure au point de référence sans décomposition pour un multiplicateur de 4 bits avec des inputs suivant une distribution normale. * **Méthode d'optimisation** : Utilise un cadre de synthèse itératif et guidé basé sur une recherche aléatoire et une sélection à critères multiples pour améliorer la qualité du design. ### Limites et travaux futurs : * **Limitation de la largeur de bit** : L'évaluation actuelle est limitée aux multiplicateurs de 4 bits d'entrée ; la scalabilité à des largeurs de bit plus élevées est souhaitée. * **Limitation de la représentation des données** : Concentration sur les représentations à point fixe ; l'exploration de représentations à point flottant et d'autres types de données est nécessaire. * **Biais du domaine de conception** : Domaine de conception limité par les points de départ et les approches de synthèse ; explorer des méthodes automatiques pour identifier les encodings optimaux est recommandé. Dans l'ensemble, la recherche présente une approche prometteuse pour améliorer l'efficacité énergétique des unités de multiplicateurs à point fixe. La méthode a le potentiel de renforcer les performances et l'efficacité des systèmes informatiques à haute performance, en particulier dans les applications de l'intelligence artificielle.