Suporte em software para o conjunto de instruções SPARC16

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Ana Laranjeira do Amaral
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1 1 Suporte em software para o conjunto de instruções Bruno Cardoso Lopes bruno.cardoso@gmail.com Laboratório de Sistemas de Computação Instituto de Computação UNICAMP 1

2 2 Agenda Introdução Trabalhos Relacionados Métodos de compressão de código Conjuntos de instruções de 16-bits Descrição da proposta Objetivos Etapas Desafios Cronograma 2

3 3 Introdução SOCs estão se tornando complexos Techos de código maiores RISC = baixa densidade de código Alta necessidade de memória Memória recurso raro 3

4 4 Trabalhos relacionados Duas soluções para memória: Compressão de código. Criação de conjuntos de instruções de 16 bits a partir dos modelos RISC de 32 bits (MIPS16 e Thumb) Razão de compressão: 4

5 5 Conjunto de instruções de 16-bits DLX Criada por Hennessy e Patterson Primeira a ter uma extensão 16-bits Razão de compressão: 62% 5% de perda de desempenho 5

6 6 Conjunto de instruções de 16-bits Thumb Extensão 16-bits do ARM Troca de modo (BX) 8 registradores, 1 stack pointer e 1 link register Thumb 2, presença de instruções privilegiadas. Razão de compressão: 70% Ganho de 30% em desempenho (barramento de 16 bits), 10% de perda caso contrário. 6

7 7 Conjunto de instruções de 16-bits Thumb: 7

8 8 Conjunto de instruções de 16-bits Mips16 Versão 16 bits do MIPS Troca de modo (JALX) Redução do tamanho de imediatos (16 para 5) 8 Registradores visíveis e instruções especiais para outros registradores (MOVR32) Deslocamento de offsets em Loads/Stores Endereçamento relativo a SP e PC Instrução EXTEND. Razão de compressão: 60% 8

instruções especiais para outros registradores (MOVR32) Deslocamento de offsets em

9 9 Conjunto de instruções de 16-bits Mips16 9

10 10 Compressão de Código Diversos métodos: Técnicas em software Técnicas em hardware Software Fraser e Proebsting: Representação compacta do código original e interpretador gerado. Liao: Baseado em dicionário, bloco de instruções mais executados transformados em procedimentos, substituidos por chamadas ao dicionário. Desvantagem: Desempenho inferior ao original. 10

11 11 Compressão de Código Hardware Compressão em software e descompressão no hardware. PDC (Processor-Descompressor-Cache) CDM (Cache-Descompressor-Memory) 11

12 12 Compressão de Código Hardware PDC possui melhores resultados em desempenho e consumo de memória Wolfe e Chanin: Huffman e CDM Lekatsas: Dois métodos Instruções classificadas em 4 classes, cada uma recebe um método de compressão. PDC com um pipeline para cada classe. 12

Lekatsas: Dois métodos Instruções classificadas em 4 classes, cada

13 13 Compressão de Código Hardware Lekatsas: PDC com método de dicionário: contagem estática do número de instruções. 25% de aumento de desempenho, 35% na redução do código. Benini: Método de dicionário, perfil dinâmico de execução das instruções. Razão de compressão de 72% e 28% no ganho de desempenho. 13

25% de aumento de desempenho, 35% na redução do código.

14 14 Compressão de Código Hardware IC-UNICAMP: Método baseado em dicionário Mistura entre elementros estáticos e dinâmicos PDC I-Cache com presença de bursting Descompressão simultânea aos bursts Razão de descompressão: 72% a 88% Ganho de desempenho: até 45% Redução do consumo de potência: até 35% 14

bursting Descompressão simultânea aos bursts Razão de descompressão: 72% a

15 15 Compressor Hardware IC-UNICAMP: 15

16 16 Descrição da Proposta Objetivos: Criar uma representação de 16 bits para as instruções do processador SPARCv8. Implementação do suporte em software para emissão de código. Alterações na etapa de geração de código de um compilador com suporte a arquitetura SPARC. 16

Implementação do suporte em software para emissão de código.

17 17 Escolha do SPARCv8 Processador com especificação aberta. Casos de sucesso com outros dois processadores RISC (Mips e ARM). Mercado (Leon 3, Agência Espacial Europeia). Grande potencial de compressão. 17

18 18 Escolha do SPARCv8 18

19 19 Escolha do SPARCv8 Mesmo em arquiteturas RISC, nem todas instruções são utilizadas pelos compiladores. Análise das instruções do MIPS para o SPEC2006. Como nem todas são utilizadas, é mais fácil realizar o corte na instruções. 19

Análise das instruções do MIPS para o SPEC2006.

20 20 Escolha do SPARCv8 20

21 21 Etapas Escolha do subconjunto SPARCv8. Análise de instruções privilegiadas Impacto da sua utilizaçao em rotinas que geram gargalo em um sistemas operacional. Codificação do Facilitando o processo de decodificação em hardware. Modelo que permita coexistência e troca entre os modos e SPARCv8 Inclusive entre procedimentos diferentes. 21

22 22 Etapas Escolha de um compilador Implementação do suporte básico a 16 bits neste compilador. Implementação de otimizações específicas para o. 22

23 23 Subconjunto Análise estatística da ocorrência de instruções em benchmarks consagrados: MediaBench, MiBench e SPEC2006. Benchmarks compilados com pelo menos 2 compiladores diferentes. Contagem estática e dinâmica. 23

24 24 Instruções privilegiadas Análise diferenciada de instruções privilegiadas. Mapeamento de I/O em memória. Campos especias para ASI (Address Space Identifier) Traps em software. 24

25 25 Codificação do conjunto Dados provenientes da análise Tamanho médio de imediatos Registradores por bloco básico Determinar: Quantidade de registradores visíveis Tamanho da janela de registradores Quantidade de operandos 25

26 26 Compilador Ponto crítico do projeto. Escolha do compilador adequado Suporte a SPARC Código Aberto (LLVM, GCC). Modificação da etapa de geração de código Alteração no backend SPARC. 26

27 27 Compilador Teste da geração de código: SAV (Sparc Application Verifier) benchmark, fornecido pela SPARC International Implementação de algumas otimizações: Preenchimento de delay slots Otimização de load/store Utilização de small sections 27

28 28 Compilador LLVM (Low Level Virtual Machine) Código aberto Otimizações agressivas (LTO) Back-end SPARC Projeto moderno, baixa curva de aprendizado Facil integração de novos recursos e otimizações Back-ends pouco estáveis 28

29 29 Compilador GCC (Gnu Compiler Collection) Código aberto Possui cerca de 50 back-ends estáveis Otimizações conservativas Alta curva de aprendizado (presença de código legado) A implementação e teste de novos recursos são demorados. 29

30 30 Compilador Entendimento dos seguintes componentes: Estruturas de dados da representação intermediária Algoritmos de geração de código independente de arquitetura. Estruturas de dados e callbacks genéricos customizados em cada arquitetura. Back-end SPARC 30

31 31 Desafios SPARCv8 possui janela de registradores Redução do tamanho da janela Densidade de código do SPARCv8 é maior que o das outras arquiteturas Dificuldade na decisão das instruções. 31

32 32 Cronograma 32

33 33 Cronograma 33

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