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最大フロー最小カット定理を用いた不揮発レジスタの書込み削減

机译:使用最大流量最小割定理减少对非易失性寄存器的写入

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摘要

Recently, the next generation non-volatile memory/register using magnetic tunnel junction elements has been paid attention. Such devices can integrate in CMOS LSI and can keep the data when power off with very small overhead for recovering the data when power on. By using such devices, we can apply fine and low overhead power control for CMOS LSI. The write energy of such devices, however, is a little bit large (about 3-10 times) compared with that of a usual D flip-flop, and some type of such devices have the limitation of the total number of writes. So it is very important to control the write operations on such devices. In the research, a write reduction method for non-volatile registers is proposed based on the min-cut max-flow theorem. The smallest cut-set from the point of the switching activity is searched and non-volatile registers are injected to the cut-set independent from the original register position. The method has been implemented and applied to ISCAS 89 benchmarks. 6 circuits in 11 benchmarks showed the write reduction more than 3%. 4.9%〜34.6% write reductions (20.8% on average) have been found when the non-volatile registers are written at every clock, and 3.8%〜34.8% write reductions (16.6% on average) have been found when the non-volatile registers are written at regular intervals.%近年,磁気トンネル結合を用いた次世代不揮発メモリ/レジスタが注目されている.これらはCMOS素子と集積可能で,電源遮断時でも記憶を保持でき,電源を戻す時のオーバーヘッドが少ないので,細かい粒度でLSIの電源管理が可能となる.しかし,不揮発レジスタは通常のレジスタに比べて書込み電力が3-10倍程度大きく,かつ書込み回数に制限があるものもあり,不要な書込みを制限することが必要不可欠である.そこで本稿では,最大フロー最小カツト定理を用いた不揮発レジスタの書込み回数削減手法を示す.本手法では,元のレジスタの位置と無関係に,回路中の信号のスイッチング確率の総和が最小となるカツトセットを探索し,そこに値保持用の不揮発レジスタを挿入する.本手法をISCAS 89ベンチマーク回路に適用したところ,元のレジスタの場所に入れるのと比較して,11回路中6個の回路で3%以上の削減が認められ,毎クロック書込みの場合で4.9%〜34.6%(平均で20.8%),一定間隔を置いて書き込む場合で3.8%〜34,8%(平均で16.6%)の削減が得られることを示した.
机译:近来,使用磁性隧道结元件的下一代非易失性存储器/寄存器已受到关注。这样的设备可以集成在CMOS LSI中,并且在断电时可以保留数据,而在通电时恢复数据的开销很小。通过使用这样的设备,我们可以对CMOS LSI应用精细和低开销的功率控制。但是,与通常的D触发器相比,这种设备的写能量有点大(大约3-10倍),并且这种设备的某些类型具有写总数的限制。因此,控制此类设备上的写入操作非常重要。在研究中,提出了一种基于最小割最大流定理的非易失性寄存器写减少方法。搜索从切换活动的角度来看最小的割集,并且将非易失性寄存器注入到割集,而与原始寄存器位置无关。该方法已实施,并已应用于ISCAS 89基准。 11个基准测试中的6个电路显示写入减少超过3%。在每个时钟周期写入非易失性寄存器时,发现写入减少量为4.9%〜34.6%(平均为20.8%),在非易失性寄存器中发现了3.8%〜34.8%的写入减少量(平均16.6%)。寄存器应定期写入。%近年,磁気トンネル结合を用いた次世代不挥动不モリ/発メスタが注目されている。のオーバーヘッヘ少ないので,细かい粒度でLSIの电源管理が可能となる。しかし,不挥発レジスタは通常のレジスタに比べて书込み电力が3-10倍程度大きく,かつ书込み回数に制限があるものもあり,不要な书込みを制限することが必要不可欠である。そこで本稿では,最大フロー最小カツト定理を用いた不挥発レジスタの书込み回数削减手法を示す。本手法では,元のレジスタの位置と无关系に,回路中本手法をISCAS 89ベンチマーク回路に适用したところ,元のレジスタの场所に入れるのとと比较して,11回路中6个の回路で3%以上の削减が认められ,毎クロック书込みの场合で4.9%〜34.6%(平均で20.8%),一定间隔を置いて书き込む场合で3.8%〜 34,8%(平均で16.6%)の削减が得られることを示した。

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