Harnessing CIM techniques for accelerating sum operations in FPGA-DRAM architectures

Abstract

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας παρουσιάζεται ο τρόπος με το οποίο μπορούμε να αξιοποιήσουμε το ήδη υπάρχον hardware το οποίο διαθέτουν οι μνήμες τυχαίας προσέλασης DRAM με σκοπό να εκτελέσουμε πράξεις μέσα στην ίδια την μνήμη. Η μεταφορά των δεδομένων από τον επεξεργαστή στην κύρια μνήμη και τανάπαλιν αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια που αντιμετωπίζουν τα σύγχρονα υπολογιστικά συστήματα. Σε αυτή την διπλωματική εργασία εξετάζουμε τρόπους με τους οποίους μπορούμε να εκτελέσουμε πράξει σε επίπεδο bit χρησιμοποιώντας αποκλειστικά τις αναλογικές ιδότητες που έχουν οι πίνακες μνήμης. Συγκεκριμένα εξετάζουμε τις πράξεις δυαδικής λογικής που μπορούν να πραγματοποιηθούν ανάμεσα σε περισσότερα του ενός bit όπως για παράδειγμα είναι οι πύλες ADD, OR, NOT. Έπειτα συνδυάζοντας αυτές τις πύλες κατασκευάζουμε μια λειτουργική μονάδα πλήρους αθροιστή Full Adder η οποία πραγαμτοποιεί την δυαδική πρόσθεση αποκλειστικά μέσα στην μνήμη. Δείχνουμε ότι μπορούμε να εκτελέσουμε τις απλές δυαδικές εντολές με ποσοστό επιιχίας μέχρι και 90% ενώ τα αποτελέσματα της δυαδκής πρόσθεσης λαμβάνονται με επιτυχία μέχρι και 80%. Παρουσιάζεται η κυκλωματική υλοποίηση ενισχυτή ανίχνευσης σήματος που τεκμηριώνει τον τρόπο λειτουργίας της παραπάνω διαδικάσιας που υλοποιείται χρησιμοποιώντας το Cadence IC Suite σε τεχνολογία TSMC 90nm CMOS process.