8-wide per cycle power - University of...

Preview:

Citation preview

������� �

���������� � ����� �� ���� �����

���� �������

��� ���� �� �� ����� ������ �� ��

��� �������� � ��������� ��� �����

�������������������� ����� ���

��� �������

��� �������� � ��������� �������

���������� �������� ���

�������� ��� ����� ����� ��� �� ������������ � ������ � � ����� ���������� �� ����� ����� ��� �� ��� �� ������� �� �� ���� � ��������� �� ������������� ������ � ����� ����� � ��� ��� ������ � ������ ������ � �� ���� � ����� �������� � �� ��� ����� ������������ ��� �� �� ����� ��� ����� �� ������������� ������ � �������� �������� �������� � �� ��� ���� ���� �� ������� ������� ����� ������ ���� �� �� ���� �� ��� ������ �� � �� ����� ��� ����� ���� ��� ����� ���� � �� ��� �������� � ������� �� ��� ������ ��� � ���� ����������� � ��� ����� �� ������ ��� �� ����� � � ����� �������� �������� ���� ����� ������

���� �� ����� �������� ����� �������� �����������������

�� ����������

����� ��������� � ������ ��������� ��������� �� ������ �������������� ������� �� ��� ������ �� �������� ������������ ������ ����� � � ������ ������ ���������� ��� ��� �� �� ��� �� �� ������ �� �� ����� � ������� �� � � ������ �� ������ ����� �� ���������� �������� ���� �� � ������ ��� �� � � ����� ���������������� ���� ��� ���������� ���� ���!������ �� ��� ��"�� ��������� �� �#�� �� ������ ������ �� ���� ���������� �� ���

trev
Typewritten Text
(Eds.) R. Melhem, R. Graybill. Kluwer Academic Publishers. Power Aware Computing. 2001.

������ ��������� ��� ������� � � ������ ��������� $����� �������������� ������%� !����� �� ���������� ����� �� &����� �� ��� �� ���� ���������� �� ��� �� �� ��������� ��������������� �� ���� ��������� ���� �� � ���� ������ �� � ������ ���������� �� ��� ���� ����� �� ������� � � ���������

' � �������� �� ���� �� (���������) ������ ��������� ��!������ � ���� ��������� �� ���� � � � ��� ���� � ��������� ��������� � � ������ *��� ���������� ������ ��� ������ ������ �� ������������� �� ������ � � ������ �#������� �� ��� ����� ���������� ' � ����� �������� ����� �� �� ������ ����� ��������� �� � �� �� �� ��� ������ ���� ��������� ' �� � ���� ���� �� � � ��� ��� ��� ������ ��������� �+� ,� -�� � ����� �������� ������ � � �� ���������� �� ���� ����� �� � � ��������� ' � ��� �� � ��� ����������� �� ����� � � ���� �� ��������� �� �� � �� ������ �����"������� ��������� ����������������� ������ ���� ���������� �� �� ��������� �������� ��� ����� ' � ���� �� �������� ����� ����������� ���� � ������� ������ �� ��� ��������� ��� �� � ������������ ��� �� ������ ��� ������ ' �� ������ � � ���� �� �������� � ��������� ����� ������ �� ��� ���� ��� �������� �� ������� .�� ���� ���������� �� �������� �� ������ � � ��������� �� � � ���������� ��������� ������� '� ������� �������� �� ������ ��� �� ������ ��� ����� ��!����� �� ������ �� ������� �� � � ����� ���������/������ �� � ����� �� ��������� �� � � ����� �� ���� �� � �������� �������� 0 � � ���� ������ � � �� ��!����� �� ����� ���������� ' � � ������ ��� �� �������� ���� �������� �� �� �� ����� ����� �� ���� � � �������� �� � � ���� �������� �� ������������ ��� ������ ������� � � ���������

' � ������� �� � �� � ������ �� ���� ���� � � ������� � � ��� ���� ������� �� ��������� ��� �� � � ������ ���� ��������� �������������� � � 1��2�� �������� �+� �� � � 3��� �������� �,�� 4�������� ��������� ��� �� � � ������ ���� �5�� �� � ��� ���� ��������������� ���� ��� .�/1 ���� �� �� ������� �� ����� ' ��� �������������� �� � 6����� ����� �������� �� �#�����7 �8 � �������������� ��� ��� ���� ���� �9 +8 � �������� �� ���9 �� ,8 �� ���� �� ���� ����� -����� ������ 1����� � � ��� ������ ���� �������������&����� �������� ' � ������ � � �� �� �#��� �� ������ ��� ���� � � � � �:; ������ �� �,�� ' �� �� ��� ��������� ��� � ���������� ����� $������� �� �� ������ �� � � ������ ������ ��������������� � ���� ������� � � ������ ��������� ' � ������� �� 4����� ���� �� � � � � ��� ������ ��� ���� ���*������ ����� �� ������� ' �1��2�� ����� �������� � � �������� �� ��� �� � � ���� ���� ���������� ������� ��� �� ����� �� ���������� �� � � �������� ' � 3���

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� �

8-wide per cycle power

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

mk88sim-gated m88ksim-inorder mk88sim-halfwidth lisp-gated lisp-inorder lisp-halfwidth

benchmark-mechanism

no

rmal

ized

per

cycl

ep

ow

er

cai_per_cycle wattch_per_cycle

������ ���� !������"� ��� ����� ����� �������� ����� ��� #$��� �������������$����� ��� ����� ��� ��� ��� ��� ��� %&' �������� ������� �� (����� )*+�

������ �� � � �� �� ��� ���� ��� � �� ���� ���������� ' �� ������ �������� � � ����� �� � ��� ����������� �� ����� �� ������������� �� �� �������� �� ������� ��� � ���

' � �������� �� � �� �� �� �����"�� � �������� ' � ��#� �������������� � � ���� ������� ��!����� ��� ���� ��� ������� .������ ,��������� �#������ ����� ��������� � � ������ ����� �� ����� ���� ��� �� ������� .������ - ��������� � � ��!��������� ������ �� ������������� �� ������ ������ ���� ������� .������ 5 ��������� � � �������� ����������� ��� ���� ��������� .������ < �������� � � ���� ��������� ���� �������� ��� !���������

�� ���� ������

' ��� �� � ��� ��������� � � ����� � � ������� ��������������� ���� ���������� �� 1=>.� ��� ������7

� ? ��� �� @ ��� ������ @ � ���� A���8

��� ���� � �� � ������ �� ���� ������ ����� ��� ������ ��������� ��� ��� ��� ���

����

' � ���� �������� �� �� � � � ���� ������� �� ������� � � ������� ���� ���������� ����� �� � � � ����� �� ���� ����� ��� � ������� ��� �� � � ����� �� �� ���� �� �� ��������� �� � ����!����� �� � � ������� �� � � ������� � � � � ������� �� � � ������ � � ������� � A���� ���� �� ��� ����� ����� ���� 8� � � ����������� ���� �� � � ��� ������� �� �� � � �!��� �� � � ����������� � � ' � ������ ���� ������ � � ���� �#����� ��� �� � �� ����������� �������� ������� � � ����������� � � *��� ������� � � ����� ������ �� ������ � �� � � ����� �� 1=>. ����� ��� ����� ���' � � ��� ���� ������� � � ���� ���� ��� �� �� �� ������� � � �������� ��������� �� � � ���� �� � � ����

' � ���� ��� ����� �� �� ����� � ������� ���� ������ � ���� �������� ������ �� � � � � �������� ���!����� �� � � ���� �� � ��������� �� �������� � � �� �� ���� �� ��&����� �� �������� �������� �� �������� ���� �� � � ������ �� ���� �� � ��� � ��� ��� ���������� �� ���� &����� �� ������� �� � � ����� � � �� �� �� ������� �� "���� �� � � ��� �� ������ �&� B������������ � �� ��� ������� �� �� ������ � � ������� ����� ����� ' �� �� ����� ���� ���� � � �#������� �� ����� �������� �� �� �������� �� ��� ����� �� ���� �� ������� � � � �������� ��� � � ���� ��� ����� �� �� ������� � � ������ �� ���� � � � �������� �������� ��!����� ��� � � � ��� ����� ' � ��������� ����������� ����� ����� ���� ��������� ���� �������� ���� � � ������� ����������� � ��� ����� ��� �� ����� �� �������

�� ����� ���� ���������� ���� ��� ��� ������� � �� � � ������ ��� � �� � ����� �� �������� �� ������� .����� ����� ������ � � ���� �� ������ ���� ������� ���� ���������� �����������' �� ��� � ���� ������ �� �<�� $������� ����� ���� ����� �� ��� ������� ������ � �� �� ���� �� �C�� �� � �� ��� � � ��������������� �� ��������� �D= ������������ �� ������� �� ������� �� ����������� �� ��� �� �������� � � ����� ������� ����� ' �������� � �� ���� ������ ��&������ ������� � � ������ ���� �� ��&������������������ ������ � � �&��� �� ������� �� �� ����� ��� � ��� ������&���� �� � �� � ������ �� ������ ������ �� �������� � ��� �� ����� �� ���� ������� � � �� ������� ������ ����������� ' � ���� ��� ����� '������� ������� �� � ��� ������ � �� �� �#���������� ��� �� ���� ���� �� ����� ' � ������ �� ������ ����� . �� ���� �� ���� ���������� �� ������ �� ��������� �&���� � � �������� �� ������� ����������� ' � �&��� ����� �� (��E��) ������ /!������ ��� �� �� ���� �� ������� � ���� �� ������� (��E��) �������� ������� ���� �� A���8 �� ��������� .����� �� ���� � ��� �&�����

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� �

�� ������ ����

�� �� �� ������ � � ���������� �������� ��� ������� � � �������� �� ��� � ������ ���� ��������� ���� �� ����� ���������' � �� �� ������� ��������� ����� ������ ���������� ��� � ���������������� �������� ���� �� �������� ��� �� ������� ������������ � ���� ������ �� �E> �� �� ���� � � ������ ������� �� ����������

����� ��� �� ������� �������� ����� ���� ��������� �+� ,� -� ������ ������ �� ������� ��������������������� ����������� � ������ ���� ��������� ����� ��� �� ���� ���� �� � � ����� �������������� �� ��������� ' �� � � ������� �� �� ���� �� �������� ���������� ���� �� � � �� ���� �� � � ����� ��������� 4������ � � ������������� �� � � ������������� �� �������� �� ��������� � � ���������� � � ���� �������

�� �,�� F��� � �� �� �����"�� ������� ������� ���� ������ ��� ������������� �� ������� ��������� �������� ���� �� 1�1'� �6� �� �������� � � ���� ���������� �� ��������� � ������� �������� ���� ���� �+�� 1� �� �� ���������� ���� ������� ����� �� ������� ������������� �� �� ������� �������� ���� ���� �� �������� ����������� ��� �� �-�� G�H� ��� �� �� �� ��� ���������� ��� ��������������������� �� �������� ���������������� ����� ���� ��������� ��� ���!��� ' � ���� ������ ��� � ��� ���� � ���� ���������� � ��� ������� A2B'�8 �I�� ' �� ��� ���������� � � ���� ��������� �� � � �E>� �� �#����� ������ ����

�� � ��� ��������� � ��� �� �� ��������� ��� � ���� �� ���� ��� ���� ������������ ��������� �� ��:� �� ����� � � ���� ���������� �� ������� �������� ���� �� �� �� �������� �� � � ���� �� � ������������ ���� �� ��� 4����� ��+ � ��� ���� ��������� ���������������� ��� � 6���� �2B �� � 6���� ��������� � �::=$" ����� � �'.=1 :�+5� 2/J� ������� .������ J����� 1������� �� ������������ ' ��� ����������� ���� ��� � ��� �� ��+�� �� �� �� ���� � �� � ������� �� ���� ��������� �� !���� ��������� ��� ��&����� ����������� ���������� �� � ���� �������� �������������� �� � � ������������� �� ������� �������� ���� ��

��� ��� ��� �� � � ������ ��� ��� ������� ���� ��������� ������� �������� � � �#����� ������� � �� ������ �������� �������������� �� ���� ����� � � �E> �� �� � � ������������� ������� ��������� ���� �&�� � ������� ������ 4��� ������� � � ������ ��� �������� ���� ��������� ����� �� � � ���� ������������ ������ ������� ������������ 0 � � ������� ����� � � ������������ � � ���� ��' �� �� ��������� ���� � �� �� ������ �� ��!����� ���� ������ �� � �

Po

wer

(mW

)

1-Bit 4-Bit 8-Bit 15-Bit

0.96

1.19

1.5

0.76

Hamming Distance

Po

wer

(mW

)

1-Bit 4-Bit 8-Bit 15-Bit

Hamming Distance

2.00

2.59

3.07

0.96

������ ���� ����� ������� �������� ��� � %&& ,-" #$��� �./ � #$��� �����$������ ���� ������������������ ����� ����� ��� � �� � ��� �0,� &�12�� .34�������� ��� �������� ���� ���� �� � ���������� ����� � ������ ���� ���� -���� � ��� �� ������ �� ������� � ��� �� ��� �����

����� �� ��������� $������� ������������ �� �������� � ���� ������������� ����������� �� ���� �����������

1������ � ��� �� ������ �� ��������� �� ������� ����� ������������� ���� ��������� ����� � � ����� ������ ��� � ��� ����������� � � ��#� ������� �� ���� ����� ������� ��� ��������� �������������� �� � � � � ��������� �� �� ���������

�� ��������� � ���� �������� ��� ���� ���������

��� !������ ������� ���� ��� ���������

�� �� �� ������ ����� ��������� ������ � ��� ���� ���� ������������ ��� �� � � ����� ������� 3� ���� �� �� ���� �� � � ������������������ �� � � ���������� �� ������ ���� ���������� 3� ���� ���������� � � �#���� �� � �� ��������� �� ����������� ���������� ��,�� ���������� ��������� �������� � � �� ������ ���� �� ����� � � ����� ��� � � ������ ���� ���������� .����.��� �������� ��������� �������� ������� ������� ���� �� �� ������� ����������� ����� �� ���� �������� ���� ������� �� ����� �� �� � �� �� ���� ������� ���� ������ ������ �� ���� �� �������� �������� /#���� ��� �� ������� ������� �������� ���� ����� �� � � ������ �� �� �� '2F��� ���� �������� �������� ' ��� �� �������� ��� � ��� ������

���������� � �� ���� ����� ����� ���� �������

���� ����� �������� �� ������� � � �#������� ����� �� ������������� ' ��&��� �� �������� �� �� "��� �� ��*����� �� � � ����� ���������' �� ����� ������ �� ����� �#������� �� �������� ��� ��� ������ ����� � � ������� ��������� �� �������� ' � �������� �#������ � ������������� �� ������ � ��� ������� �� � � �������� �������� ��� ����� ������ �� � � ����� ����� �� ������������ ����������� �� ����������� � � ��������� ���� ���� ��������� � � �������� � � ����� �� �������� ���� � � �#������� �� ��� ����������� �������

' ��� �� �� �������� �� � � �������� �� ������������ �� �� �������� � � ������ ������ ����� ���� � � ����� ����� �� ������� �� ��������� �������� ���� �� 4�� �������� � � ���� ���� ���� �� ������������� ���� � � �������� ��� ������ ��������� ��� ���� ��������2� ����������� �� �� ' � �� � �� ������� �� ����� ��� �� � � ��������� �� � � ������������ �� ������ � �� � �� �� �� ������ ���������� ���� �� �� � ���� ��������� 3 �� � �� ������� ���� ����� ���������� ���� �� � � �� � ���� ���� �� �������� ����� �� ��*������ �� � ������� �� ����������

'� ��������� � � �&���� �� ��������� �� ������ ������ �������� ��.����.��� ������ ������ ����� ���� ������ ���� .����.���� �� � � � ������� ������ ����� ����� �� ������� � � ����� �������� � � ��!������ �� ���� �� ' � ������ �� ���������� ���� � ������� �� � � ������ ����� � � ������ �� � � ��!������ �� ���� ���� � �� �� �� ��� � � ������� ������ ����� ����� �� �������� �� ������������������ ������� � � ������ ����� ��������� ������ ���������� ������� �� � � ��!������ �� ���� � �� ���������� ����E�� � ������� ������ � � �������� ������ �������� �� � � ������ ������������ �� � � ������ �� � � ��!������ �� ���� � � � ��� �� 4�������,�

3�� ���� � � ������ ���������� �� �� �� ��� ���� � � �������� � � ������ ������� ������ ��� � �������� �� �� ������ ' ���� ��� � ��������� �� ������ ���� ��������� 0 � �� ������� � � � ��������� ������ �� � � ��������� ������� ����� ����������� � � ����� ������� �� � � � ����������� �� � � ��������� ������'� ������� � ��� �� ���� ��� ���� ��� ������ �� ���������� ������� A������� � ���� � �#�����8 �� ����� ������ ��� �� ������� ������ � �� ��� ����� �� �� �������� �� ������ � � �������� ������ �� ��� ������� ' �� �� �� ������� �� ��� ����� ��������� � � ��������� �� � � ������� �������� ���� � � � ����� � � ����������� ��� ��������� ������� �� �� �� ������ �� ���� �� ��� � ������ �� �� � � ������� ����� ������� � � ������� �������� ���� ��� �� � � �#����� �E> ����� �� �� ��������� ������ �� ����� �������� � � ����� ��� ���� ���� ���������

!

mem_access call

access latency

N access data transaction cyclesN-1 access transaction cycles

blk0 blk1 blk2 blk3blk5 blk6 blk7data bus

N access addr transaction cyclesN-1 access transaction cycles

addr0 addr1 addr2 addr3addr bus addr6 addr7

latency = mem_access(addr = addr0, blk_size = 4, &data);

������ ���� � �5����� �� ������ ���� 6 ���� ������������ �� �������� ����������� ��� �������� ��������� ��� ���� � �� �5��� �� ���� � ��� ����� ����� �� � ���� ������������ ��� �� ���� ���� � ��� ���������

�� ������� � � ������ ��������� �� ����� ��������� �� �� ����� � �������� �� �� ��������� �� � � ������� �� �#����� ����� �������� ������� �������� ���� � ��� � �������� ������ �� ��� ���������� ������ ������

��� ���� ��������� ���"�������

4����� ��- � ��� ������ ��� ������� ��� ���� ��������� ����������� ����� ��������� 4����� ����� ��� ������ ������� ������ �� ���� �� �������� 0 � � ���� ������� �������� ����

�� � �#��� ��������� >� �� ������ � � �� ������ ������� � ����� �������� � ��� ��� ������� �� ������� �� ��E����� ��� ��� ��������� ����� �� � � ��������������� ������� �� �������� � �������� �������� ����������� ����� ������� ���!������ �� ������������� ����� ��� �� ������� �������� ���� � ���� �� ���������� ������

.������ �� ���� �� ��������� ���� ������ ��� ������� ������������ � ���� �� � � ������� �� ���������� ������ ������� 4�� �#���� � ���� �� � � ������������� �� �� �������� � ������������ � ���� ������ ���� ���� ����� �� �� ����� ��� �������� ' � ��&��������� ��!���� ��&����� ������� �� ���� ������� 3� �� ������� �������� ���� ������ �6� �-�� ������� ������ ��5� �<�� �� �� ���������� �� ���� ������������ ��� ��!��� ��+� �C� �6� �I� +:� +�� ++� +,��

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� "

u-architectural blockcircuit models

µ-architecturalspecifications

circuit designstyles

access / transitionstatistics

µ-architecturesimulations

analytic / LUTpower models

µ- processorpower estimations

technologyparameters & lib

������ ���� � ������������������ ����� �������� �����������

' ��� ������ ���� ���� �� �������� ����� =������� ��� ��!��� ���� ����������� ���� �� �� .������ 5�,�

4������ � � ���� �������� �������� � � ���� ��������� �� �� ������� �������� ���� �� �������� � � �#������� ��������� ���� ������ � � ����� ���������

#� ��$��������� � ���%����� $�������������

' � ���� ��������� �� �� ������� �������� ���� �������� ��� ��� ���������7

� ' � ����� ��� ���� �� � � ��� �������� � �� �� ����������������� �� � � ������ �� "���������� ���������� �� �������� ������ ' � ������ �� ���������� �� ��� A"���������� �� �������"���8 �� �� ������"�� �� ��������� � � $����� �������������� ���������� ��� ������ �� � � ���� ' � ������ �� "���������� ���������� �� �� � �� ������ �� ������

+ ' � ���� ��������� �� � � ������� �������� ���� ����� ��� � ����� ��� �� ��� ������ � �� �� ��#������ ��������� ��

�#

� � ������ �� ���������� �� ����� A"���������� �� �������"���8�� ������ ' � ���� ��������� �� ������ !���� ������ �� �� ��� �� ������� �������� ���� � �� �� �� � ������"�� �� 2B' ����#�� �� $����� �������� ' � 2B' ����� �� �������� ����� �!����� �� ����������

, ' � �� �� ���� ���� � � ������������� ����� ������� �� ����� ��� ��� �� �� ������� � � �� ��#������ ��������� ��� � �� �� � � ������ �� � � ���������� �� � � ������� ��������� ���� � ' � ��� ���� �� �� ������ ���������� � ���� ��������� � ��� ��� ������� �������� 3� �� �������� ������� ����������� ��� ���� ��������� � � �� ���� ���� �� � � �������� �������� ���� ���� �� ����� � �������� ������� ��������� 2B'� ����#�� �� � � $����� �������� ��� � � �� �� � ����� �� ����� ������ ' �� �� �������� ��� � � ����� ��� ���������� ���� � � ���� �� � � �������� 0 � � ����� ��� �������������� � � $����� ��������� �� ��������� ������� � � 2B'������� �� �������� �&������ ' ��� �� ������ �� ����� ������� ��!��� ��� � ��� ��� ��+� �C� �6� �I� +:� +�� ++� +,��

' ��� �� ���� �� �������� � �������� ������� � � ����� ���������� � � ���� �������� �� ������� � � ������ ����� ��� ����������

#�� ��$����������� �� �"� ���� ������ ���������"������� &��� ������

4����� ��5 � ��� ������� �� ��������� ��� � � �� �������� ������������� � � ���� ����� *�#���� ���� ������� �� � � ���� ���������� .����.����

' � ������� ������� �� � � �� ��������� ������� ������� ����������� 0 ������ �� ������ ���� ���� ������� � ������� ����!������ �� �����#��� ���������� ��� � � � ������ �� ������������������ �� �� �� � � ������� �������� ���� �

' � ��� �� ������ ��� ����� �������� &���� � � ���� ���������� ����������� �� � � ���� ������������ �� ������� ��������� ���� ���������������� ������� ���� ������� �� ����� ��� �� � � � �� 4���#���� +�5G ��� � �� ������ �� � � ������� ����� �� ,�,G �� � ��E> ��� ' �������� � � �� ��������� ��� �� ������� ������������ � ���� ������ ���� ������ ����������� �� �������� ���� ���� ����� � �� ����� ������� �� ������� � ������� �������� ���� ��� �� ��������� ���� � � � �� �� �� ����� � ��&����� ���!�������� ����� ' ��� �� ����� � ���������� ������� ���!����� ��� �� ��������� ���� � ���� � ���� ������� 4��� ������� � � �����#���� ����������� �� ������� � � ������ �� � � ���������� �� � � ����

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� ��

u-arch block

circuit parameters

bus stream buffers

bus transaction cycles

power model

out bus stream buffer

in bus stream buffer

operating frequency

dynamic/static

supply voltage

complexity

tran cycle periods

start/end cycles

leakage power

switching power

internal power

������ �� � 7� ���� ��� �������� ��� � ������������������ ������

���������� �� �� ����� �� �� ������� ��� ��������� � � ���� ������������

� ������� �������� ���� �� ������� � ���� ��� ���� �� ������ ����� A� � ������� ����� ������� � � ���� �8� ��� 4����� <� ' ����� �� ����� ����� �� ���������� �� � � �������� � �������&��� �� ����� �� ����� $����� ������� ���������� ���� �������� ��� ����������� �� � � ��� �� ���� � �� � �2B�� � ��� ��&������� ���� �� ��� ����� ��� ��� �������� �� �E> ����� � �� ������ �� �� ��� ����� A����� 4����� ��-8� ' ��� ��&��� �� ����� ��� � �������� �������� �� � � ����� ��������� �� ����� �� ������� � ����� �� �� ���� � �� ����� ��� �� ���� �� $����� ���������+�� � ����� ������� $������� � � ���������� �� � � �� ������������� ��� ����� �� �� $����� ������� ��� ���� ' � ��������� ������ �� ����� ��������� ������ � � ��� �� �� �� ������ ������������ ��!��� �++� +,��

�� ����� �� ���"� $����� ������� �� "���������� ��������� �������� �� �� �� �� � � ������� ��� ����� ������ $������� � ���

��

microarchitecturalblock

VDD

COL

out bus

CIL

in bus

������ ��!� ��� ������������������ ����� ����

�� ��&����� ���� �� ��� ����� �� �������� 0 ��� ���� � ������ ��������� �� �� �������� 4�� �������� ���������� ��� ������ ������ ���� ����� � � ����� ������ �� � � ������� �������� ���� ������ ��&����� ���� �� � � ���� � ��� ������������� ��� � � �� �� � � �� ������� ���� � �� �� �� ��� ������ �� �� ���� � � ��������������� ��� �� �� �� �������� ' �� ���� ������� ��������� �� ��������� �� ���� �� ������ �#������� ������� *�� ��� �� �� �� ��������� � � ���� ���������� ��� �� � ��� ���� �� ��� ������� ��� �� ������!���� � � �� �� �� ������ � � ��� ��� � �� �� �������"� � � ����������� � ��� �� 4����� ��C�

4������ ������� �������� ���� � �� �� ��������� ���� ���� �������� ���� � �� ������� � � ��������� �� � � ������ �� � � �������������� 4�� �������� �� � �� �� ������ � ��� ������� ��������� ���� � �� ���� ���� ��������� �� ����� �� ����� �������������� �������� �� ����� �������� � �� �� �� ����� � ������������ ����� ���� �� �������� ��&����� ���� ������ �� �� ���� � ���4����� ��6�

#�� ���� �������� ��� $���� �����������������

�� ����� �� ��� � � ��� ������ ��� �� ���� �� ���� �� ��������� �������� �� ��� �� ������� � � ����� ���������� ��� �� �������� �������� ���� ���� � � ����� ��������� ' � ������� ������ �� � ���� ������ �� �������� �� � � ������� �������� ���� �� ��� ����

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� ��

blk0 blk1 blk2blk4 blk4

from Nth transactionfrom N-1th transaction

blk3

keep/high impedancebus mode

blk0 blk1 blk2 blk4

from Nth transaction

pull-up/pull-downbus mode

bus switching activity

bus stream buffer

0xffff/0x0000

bus switching activity

bus stream buffer

������ ��"� 8� ����� � ���� ���$��������

���� ����� 4�� �#���� ���� �� ������ �� ������ ���� �����!���� ��&����� ��� ����� ��� ���������� � �� �� ���� �� ������� ��� � ���������� �� �� � �����

4��� ������� � ��������� ������� � � ����� �������� ����� ��������� � ������ �� ���� �� ������� �������� ���� �� ������ ����� ��� �� ���� ������ �� "�� ���������� �� ����� � � ������������� �� � � ������� �������� ��������� � � �� ����� ���� ������������� 4����� ��I ���������� �� ����� ���������� � ���� �� ��������� ��������� ����� � � ��� �� ������� ��������� �� � � ����

#�� ���� �������� '�"��(��

' � ��������� �� � � ���� ��������� �� !���� ����� ������� ���� ��� � � �� ������� �� � � ������� �������� ���� �� � � ���� ������ � � �&������ ������� �� � � ���� � �� � �� ������� ������ �#���� �� ���� ����� �� �� �� ������ � � �&������ ���������� ������ ������� ������� �������� ���� �� � � ������� ����� � �������� � ��� �� � � ���� ���� � � ���� ����"�� � ���

��

cache

CDL

data bus

CAL

address bus

CAL

address bus

dataarray

decoder

CWL

wordlines

tagarray

CTL

tag bus

CDL

data bus

cache

(a) Flat modeling

(b) Hierarchical modeling

������ ��#� -����������� ����� � �� ������������������ ������

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� ��

mem_access call

Nth access addr transaction cycles(N-1)th access transaction cycles

data0 data1 data2 data3data bus data6 data7

latency = mem_access(addr = addr0, blk_size = 4, &data);

data0 data1 data2 data3current data busstream buffer

data7

previous data busstream buffer

access latency

mem_access_dbus_if(blk_size = 4, &data, sim_cycle = M, latency);

data6

data0 data1 data2 data3current data busstream buffer

previous data busstream buffer

data7

activate bus cycle

data1 data2 data3current data busstream buffer

previous data busstream buffer

data0

activate bus cycle

activate bus cycle

Mth sim cycle

sim cycle

M-1

M

M+2

������ ��$� � ������� ������ ��� �������� � ��� ����� �������� ��������� � ��������� �� �� ��� ����� ������

����� ���� ����� � � ������������� �� ������ ��������� ���� � ��������� �� ��� '2F�� �������� ����� ������� ��&�������� ' ��� ������� �� � � ���� �� �� � ��� ������������ �� �������������� �� ������������� �� �� � �� � -:; ��-�� =��������� ���������� ���������� �� ��� ��� 0 � .D�= ���� ���� ��� �������E�������� ������� ������ �������� ����� ������� �� ��� ��� �������� ��� 4����� ���:�

' � ���� ���������� �� ���� ������ ���� � �� �� ��������!���� �������� �� ����� �� � ����� ���� ��������� ������ .�� ������ ������� ������ � � ����� ���� ���� �������� �� � � �������� �� � � ��������� �� � � ������� � ������ ������ ���� ��������� 3� �� ��� � ��� �������� �� ����� �������� �� � � ������ ������ ����������� '�� �#���� �� 1�1'� �6� �� � � ��������!������ ������ �� ��-�� F�� 1�1'� �� � � ����� �� ��-� ������� � ����� ������� �� �� ���� �� � � �������

��

row

dec

od

er

wo

rdlin

ed

rive

r

SRAM array

precharge circuitry

sense amp

column decoder word line

bit line bit Line

cell height

cell width

Precharge

Q1 Q2

Qpa Qpb

Qp

Cbit

Cword

������ ���%� ,����� ���������

3� ��������� � � ��� �� ����� 1�1'�� ' � ���� ����� ��� �������� �� ��� ���� ������ ���������� �� A��+8 �������� �� � � ���� ����������� � �� �� � � ���� ������� �� ���������� �� �� ���� �� 4����� ���:�

������ ? ����� � A�����@ � ��8 @ �����

@ ������A��+8

.�������� � � ���� ����� ��� ������� �� ���� ���� � ��� �� A��,8 ��������� �� � � ���� ���� ������� ����� �� � � ��� ��������� � � �� ���� � �� ��

�������� ? ����� � A+ � �����@ �����8 A��,8

' �������� � � ���� ��������� �� � � .D�= ��� �� �� ������������ A��-8� �� � � ���� ��������� �� � � ��� ���� �������� � ���� ������ ������ �� ��� ������ � � ������ ����� �� � � ��� ���� �� ���� � �� � ���� ���� �������

���������� ? � � A����� � ������ � ��������� @�������� � ���

�8 A��-8

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� �

�� �������� � ��� �� ��� ���� �� � � ��� ����� ���� �� � � ���������� �� >�� �� ������������ ��� ���� ���������� �� � � �� �� �� ������������ ��� ���� ���������� ' � ��� ����� ������� ���� �� � � ���� �� � ������� ���������� ' � ���� ��������� �� � � ������������ ��� ���������� ��������� �� ���������� �� � � �� ������� �� � � ������ ���������� � � ������� �� �� ��� ���� �� ����������� ��������� �� � ��������� �� � � .D�= ������

�� ��� �� � � ������������ ��� ����� ��� ���� ��������� �� � � ��� ����������� �� � � ����� ��� ���� � � ������ ' �� �� �� �� ������ ������ �� ������� �� � � ��� �����

����� �������� ��������� � � ��� ������� ��������2B�� � ������� ����������� �������� ����� ���� ��� ��� ���� �� ��� ��������� ��� �� ���� ������ ��������� �� �� ��� ������ �������� ������� � � ���� ��������� ������ � � �&������ ����� ��� �������� �� �����# �������� �� � � ���� ���� ��!������� �� �� �������������� ��� � � �������� �� � � ��� �

4����� ���� ��������� � � *�� ��� � � ������� �������� ���� �������������� /�� ��� �� ������ ���� ��� �������� ������� �����-����� 6����� �� �<���� ���� �� ���������� �� ��������� �#������ ��������� �� ������� ����������� ���� ������ ��� � � ��� ���������� ����� � $J2� ������ ������� �� ���� ���"�� �+:�� .�������� ������ � � ����� ���� ��������� ��� �� ������� $������������ �� ����� ���� ������ �� ���� ��!������ � � �� � ���� $����� �������� 4������ �� �� �#������ � � ������� ��� ��������������� ��� ��!��� ��C� �� ����� � � ���� ����� ��� ,+���� ��<-���� ���� ��� ���������

' �� ���� �������� ��� ������� � ������ ������� ���� �� ����������� ��� ��!��� ���� �� ������ ���� ���������� 4����� �� ���������� � � �&��� �� � � ��� ������ ������� �������� �� � � ������������� ������ �� ������ � � ���� ���������� �� � � �������� ��� � � ���� �������� �� � � ��� ������ ��������

.������ ����� � � ��� ��������� �� ���� ������ ����������� �� ������ � � ���� ����� ������������ ���� �� ����� ��������������� ��� ��!��� ' � ��������� � �� �� ������� �� �� ��������������� ��������� ��� ��!��� ��� ��� ������ ��� �������

' ���� � � $����� ������� ���� ���� ��������� �� ����� ���� �� � � ������� �������� ��������� �� ��� ����� � � � ��� �� � �����E����� ����� �������� �� � � ���� � A� � ��� ������8 ������ ��������� ����

�!

measure powerfor small bit-width

circuits

re-use existingdatapath circuits

generate sampledatapath circuits

extraplolatemeasurements

constructtarget bit-widthpower models

������ ����� ����� ���� �� ������� 9�� ��� ������������������ ����� �������� �

����� ������ ����� ��� �������������� � ' ��� �� ���#�� �� �� ������� �� � � ���� ������ ��� � � ���� �� � � ���������� ���� ��� �������� $������� � ��� �� ���� ������� ������ ������ D���%� ���� ��5� �<�� � �� ���� �� ������� ��� � ��������� ��������� � � ������ �� � � ���� ����� ��� � ���� ' ��� ����� ��������� �� ���������� ���� �� ������ �#������ ��������

��������������� ���������� ����� �� ���������� � � � ������� ��������� ������ ����� ��� �� �� ������� ��� ����� �� ���� *���������� ��� ������� �� �� �������� ��7

���� ? ���� � ��� � ����� @ + � A���� @ ���8 � ������� A��58

�� A��58 ���� �� � � ��������������� ������� �� � � ������� ���� ������� ����� ������� � � ������� �������� ���� �� ���� �� � � ���������������� ����� � ��� �� � � ���� �� � � ��������������� ����� ������� � � ������� �� ���� ��� �� ������� �� � � ������� �� ��������� �� � � ��������������� ����� ' � �������� ������������ ����

���������� � �� ���� ����� ����� ���� ������� �"

���� ��� � � ������������ ������� �� �H�� ������� �������� ���� �� ������� �� � � �� ��������� �������� ��� �� ������� ������������ � ' �� �� �������� ��� � � ��������� ��������� �� � � ���������� ��������� ������� ������� ���� � � ����� ��������� �� ������� � ����� ��������� �� � � ������������ ���� ��� A��<8�

���� ? ��������� � � � ���� � ���� A��<8

����� ����� �� �������� ���� ��������� �� �+-� � � ������������� �� � � ���� ������������ ������ �� �� ���������� ��� -:;�� � � ���� ���� ��������� �� �� ��������� ������������� ��������� � � � � ��"� �� � � ���� ���!����� ������� � � ������� �� � ����� ��������� �� � � ���� ������������ ������ �� �������� �������� ����������

' ��� �� ������ ���� ������������ ������� ' � ���� ������ �� � �$����� �� � � ������ $������ ' � ����� �� � � ���� ���� �������� ������ �� ���������� �� � � ������������� ���� ����� �� ������� � ����� � � ���� ������ �� � � ���� ������� �� �������� � � ���� ������ ������������� ���� � � ������ � � �� � ������� ������ �� � � ������ � ���� ' � ���� ��� ������� ��� � � ���� ������������ ���� �������� ��� ���������7 ���� ���� ������� ����� ����� �� ������ ���� ������� ��5�7

������ ? ������� @ �������� @ ����� ��� A��C8

�� A��C8 ������� �� �������� �� � � ��������������� ������� �� ���� ���� �� ����� ����!������� � � ���� �� ���� �� � � �������� � � �����"�� �� � � ������ �� � � ������ �� � � ���� ������������ ����� � �� �� ���� �� �������� �� � � ����� ���� � �� �� � � ��� ��"�� ��� A��68�� 4����� ���+7

������� ? ����!������ ����� �"������ �

+��� ��

+��!��!�A��68

' � �&������ ����� ��� ������� �� � � ���� ������������ ���� ���#$$�������� � � ����� ��� ������� �� � � � �� �� � � ��������� �������� � ���� ������� ' �� �� �� ���������� ��7

���#$$ ? ������ �

��

�� ��������%��@ �

�A��I8

� ��� ������%�� �� � � ����� ���� ���� ��� � � ���� ������� 4���A��C8�A��68� �� A��I8 � � ���� ���� ��������� �� $����� ���� ������������� ������ �� �� ���������� �� ����� �� ���#$$ � �������7

�#

1

2 2

33

3 3

4444

44445

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

d

D

Ntree

������ ����� � �5����� �� - ����� ��������� �������

��� ? ��� � ���#$$ � ���� A���:8

)� �������� ��� *��� ����

=������ �������� ����� ����� �� ������� ��� ���� ��������� ������� � � ���� ������ �� �� ������������� �������� ��������� � ���������� �� �#���� ��� ��� ���� �����"���� ��� ��!���� �� ��������� �� ����� � � ������ ���� ��������� ����� �� �������� ����� � � � �� �� ��� ��������� �� � � � � ����� � ����� � �� ��������������� ������ ������ ������&�� �� � �� �� �� ���� � � �������������� �� ����� � � ����� ���������� �� � �� ��������� ' �� �� ���������� ��� � � ���������� � � �� ������� �� ����� ���������� 3������ ������� ��� ������� ��� ���������� ���� �� � � ������ ������ � � ����������

.����� ������� !�������� ������ ' � ���� �� �� ��� � � ������������ ����� ���������� 3� �� ���������� ��������� ��������� � �� ���� ��������� �������� �� �� �� .����.��� �� �� ���

��

������ ���� ����� �� ���� +#� ' � ������ !������� �� �� ��� ������ �� ������� �� ��� ������ ��� �������� ' �� ��!����� ���������� ����� �#������ � �� �� ������ ��� ������ ��� �

��������������

' �� �&��� � ���� �������� �� � � J������ ������� D����� ���H��� ������ AJ�D��8 �� ��� 4���� D����� 2������� ������������ K�� 4,,<�5�::�1��<C6� ' � B�.� L��������� �� �� ���"���� �������� �� ���������� ������� ��� ����������� ������ ������ �������� �� ������ � �������� � ������

' � ����� �� ����������� �������� ����� �� � ��� �� � � �� ����� � ���� ��� �� ���������� � ���������� ����������� � � ����������� �� ������������� ��� �� �#������ �� ������� �� � � J������������� D����� ���H���� ������ AJ�D��8� � � ��� 4���� D����� 2�������� �� � � B�.� L����������

+��������

��� '����� =����� (�����7 � 4�����1��� ��� �������� J����� 1����������) �/// 1������� G�� ,-� K�� -� ���� +::��

�+� L� 1�� �� 1� $� 2��� (��� �������� 2���� �����E����������>����"���� �� J����� ����� /���������) 1��� 1 �� '�������� ���H������� ��� =�1D> ,+� K������� �III�

�,� J� F��� �� G� '����� �� =� =�������� (3��� 7 � 4������ ������ ���������2���� ����� ������� �� >����"������) ������������� +C� ����������� .������� �� 1������ ��� ��������� =�+:::�

�-� K� G�H� ��� ��� =� M�������� =� N� ������ $� .� M��� �� 3� O��(/������J����� ��������� $������.������ >����"����� B����� .����������) ����������� �� +C� ����������� .������� ��1������ ��� ��������� =� +:::�

�5� .� L ���� �� J� L������� (� 1������� �� '�� ��� ������������� =�����) ����� ���� 1������ .������ 3�� � � �� ����H������� ��� �.�2>.��P� K������� +:::�

�<� '� =� 1����� =� �� $��� � �� M� K� =���"��� (D������� .��� 2������ /&������ '��� .����� �� .������� �����������) ������������� ����������� 1��������� �� 1������ J������ >������ �II<

�C� �� .�� � �� �� �� 1 ��� ���� (N����'�� � � 3�� F���'��� ��� .������ /����� ���������) ����������� �� ,6� J����� ���������� 1���������� N��� +::�

��

�6� .� 3������ �� K� N���� (�� /� ���� ������ �� 1���� '���=���� ��� >��1 � 1� ���) 3������ D����� 2������� '�� ����D���� I,E5� N��� �II-

�I� $� =� �� D� =� >����� �� =� N� ������ (/����� 1 ������"����� ���� �� 1����������) ����������� �� ,,�� J����� ���������1���������� N��� �II<

��:� �� /� 2���� �� N� =� D���� (���������.�������� ��� ������������� ��������) �/// '�������� �� 1�J �� ��������� 1�������� .������� G��� �5� K�� <� N��� �II<

���� �� /� 2���� �� N� =� D���� (��� �������� ����� �������7' � J�� F�� '�� =�� ���) �/// '�������� �� G2.� .�������G��� ,� K�� +� N��� �II5

��+� L� N�� ���� 2� M����� /� .� ����� �� 3� K���� (� K�� ��������"��� ����� =����=���� ��� J�� 1���������) ������������� J����� ��������� �� '��� �� /���� 1��������� �III

��,� J� F������ �� '� =� ������� (' � .����.��� '��� .��� �������+�:�) �1= .�L�D1$ 1������ ��� �������� K���� G��� +5� K�� ,�N��� �IIC

��-� =� F� M����� �� M� L ���� (�������� /����� J��������=������� 2�������� 1� ��� ����������� �� ����������� .������� ��2�� ����� /���������� �� J������ ������� �IIC

��5� F� L��� ���� �� M� D���� (=������� =������������ ������������) M����� ������� ������ ���� �I66

��<� F ����� (1�������� ����������������� �� �� ���� ��� G2.��) �������� 3������ �I6I

��C� �� F�������� 2� F������ �� L� J� =�� ���� (D�������������� D'2����� =��������) �1= '�������� �� J����� ��������� �� /���������� .������� G��� 5� K�� ,� N��� +:::

��6� 2� F������ �� F�������� /� =���� =� �������� �� =� .������(D�������������� D'2 ����� =����� ��� 1�����������) ������������� � � �:� L���� 2 �� .������� �� G2.�� =�� +:::

��I� .� ' �� ���� L� ' ���������� �� =�� ��� �� 1� L������ (�������� J� � ������ ��� ��� D'�2���� ����� ����������) �//����������� �� 1������� �� J����� '�� ��!���� G��� �-C� K�� -�N��� +:::

�+:� �� F�������� D� 1������� �� /� =���� �� =� �������� (���������"�� D'2 ����� =����� ��� 1���������� .��� =�����) ������������ �� ����������� 1��������� �� 1������������ J������ K�������� �III

��

�+�� =� =� M ��� � �� =� �� /������ (/&������ 1������ =����=������� ��� ��� ���������2���� ����� /���������) ����������� ��� � 6� L��� 2 �� .������� �� G2.�� �II6

�++� 1� Q ����� M� D��� �� /� M� 1 ���� (/�������� �� ����� J��������� B���� K���� ����� =����������� ��� ��!���) �/// '��������� �� 1�J �� ��������� 1������� �� .������� G��� �I� K�� ���K������� +:::

�+,� .� L��� 4� K� KH�� (����� =������� ��� $�� �2���� ����� /����������) �/// '�������� �� G2.� .������� G��� 6� K�� �� 4�������� +:::

�+-� �� /� L������ �� 3� N� F�� ���� �� ��� ($�� ���������� =������������� J������) �/// N����� �� .�����.��� 1�������� G��� ,,� K��5� =� �II6

Recommended