X-HEEP：一种用于探索超低功耗边缘加速器的开源、可配置与可扩展 RISC-V 微控制器
硬件体系结构
2024-03-11 v2
摘要
由于应用中对数据实时处理的需求不断增加，边缘计算领域经历了显著增长。然而，由于性能和功耗的限制，挑战依然存在。为了克服这些挑战，出现了将主处理器与针对特定应用定制的专用加速器相结合的异构架构，从而提高了性能并降低了功耗。然而，现有的大多数平台缺乏集成自定义加速器所需的可配置性和可扩展性选项。为了克服这些限制，我们在本文中介绍了可扩展异构节能平台（X-HEEP）。X-HEEP 是一个开源平台，旨在原生支持超低功耗边缘加速器的集成。它通过探索各种核心类型、总线拓扑、寻址模式、存储器大小和外围设备，提供了匹配特定应用需求的定制选项。此外，该平台通过实施时钟门控和电源门控等低功耗策略来优先考虑能效。我们通过提供一个为医疗保健应用定制的集成示例来展示 X-HEEP 的实际适用性，该示例包括粗粒度可重构阵列（CGRA）和存内计算（IMC）加速器。由此产生的设计称为 HEEPocrates，已在 Xilinx Zynq-7020 芯片的现场可编程门阵列（FPGA）和采用 TSMC 65nm 低功耗 CMOS 工艺的硅片中实现。我们运行了一组医疗保健应用并测量了其能耗，以证明我们的芯片与该领域常用的其他最先进微控制器保持一致。此外，我们展示了利用集成的 CGRA 和 IMC 加速器与在主 CPU 上运行相比，分别获得了 4.9 倍和 4.8 倍的能效收益。
引用
@article{arxiv.2401.05548,
title = {X-HEEP: An Open-Source, Configurable and Extendible RISC-V Microcontroller for the Exploration of Ultra-Low-Power Edge Accelerators},
author = {Simone Machetti and Pasquale Davide Schiavone and Thomas Christoph Müller and Miguel Peón-Quirós and David Atienza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.05548},
year = {2024}
}