Scratch-pad memory based custom processor design for graph applications

Çizge analizi uygulamalarının önemi, giderek daha çok alanın sürekli büyüyen çizge yapılarını işlemeye başlamasıyla daha da belirgin hale gelmiştir. Bununla birlikte, genel amaçlı işlemciler çizge uygulamalarının geniş bellek ayak izi ve rastgele bellek erişimleri karşısında zorlanmaktadır. Dolayısıyla araştırmacılar alana özel donanım içerikli çözümlere yönelmiştir. Bu tezde, çizge uygulamalarının performansını bellek erişimlerini azaltarak artırmaya çalışan özel bir RISC-V çizge işlemcisi sunulmaktadır. Çizge işlemcisinin yeniliği içerdiği yazılım kontrollü Ayrıt Müsvedde (ESP), Düğüm Müsvedde (VSP) ve Global Müsvedde (GSP) isimli müsvedde belleklerine (scratch-pad memories - SPMler) dayanmaktadır. SPMler genel amaçlı sistemlerde bulunan geleneksel ön-belleklerin yerini almak için tasarlanmıştır. ESP çekirdeğin işlemlerine paralel olarak ayrıt verisiyle önceden yüklenirken, VSP düğüm ile ilgili bellek erişimlerinin neden olduğu çakışmaları azaltarak düğüm trafiğini hafifletir. GSP ise geriye kalan bellek erişimlerinin yükünü üstlenmektedir. Çizge işlemcisine gömülü bu yeni işlevselliğin yazılım tarafından kontrol edilebilir olması için RISC-V komut kümesi mimarisi SPM ile ilgili özel komutlarla genişletilmiştir. Komutların ihtiyaç duyduğu derleyici desteği de sağlanmıştır. Tasarımın gerektirdiği yazılım-donanım etkileşimini göstermek için yaygın olarak kullanılan PageRank, Tek Kaynaklı En Kısa Yol ve Sığ Öncelikli Arama algoritmaları çizge işlemcisi tarzında değiştirilmiştir. Bu uygulamalarla yapılan deneylerin sonuçları, çizge işlemcisinin aynı RISC-V çekirdeğini kullanan genel amaçlı bir işlemciye kıyasla veri yolunu durdurucu bellek erişimlerini yüzde 18 ile yüzde 72 daha az yaptığını göstermektedir.