Methodical Approximate Hardware Design and Reuse Amir - - PowerPoint PPT Presentation

Methodical ¡Approximate ¡ Hardware ¡Design ¡and ¡Reuse ¡

Amir ¡Yazdanbakhsh ¡Bradley ¡Thwaites ¡ ¡ Jongse ¡Park ¡ ¡ ¡ ¡Hadi ¡Esmaeilzadeh ¡ ¡

¡Georgia ¡InsBtute ¡of ¡Technology ¡

Outline ¡

Design ¡of ¡approximate ¡modules ¡ IntegraBon ¡and ¡reuse ¡of ¡approximate ¡modules ¡ Safety ¡analysis ¡ Output ¡quality ¡analysis ¡ QuesBons ¡

Design ¡Phase ¡

• How ¡does ¡the ¡designer ¡specify ¡what ¡can ¡be ¡

approximate? ¡

– Marking ¡individual ¡gates ¡is ¡burdensome. ¡ – Mark ¡only ¡output ¡wires ¡as ¡approximate ¡signals. ¡

• Maintain ¡SeparaBon ¡
• ApproximaBon ¡Plan ¡and ¡Interfacing ¡

ApproximaBon ¡Plan ¡

a b c_in (* A *) s c_out w0 w1 w2 w3 x0 x1

module fa(a, b, c_in, c_out, s); input a, b, c_in;

• utput c_out;

(∗A∗) output s; wire w0, w1, w2, w3; xor x0(w0, a, b); xor x1(s, w0, c_in); and u2(w1, a, b); and u2(w2, a, c_in); and u2(w3, b, c_in);

• r

u4(c_out, w1, w2, w3);

endmodule

Module ¡Interfacing ¡

(*A*) data_out approx_out (*C*) addr data_in (*C*) approx_in (*C*) wrt_en (*C*) clk DualState Memory

module DualStateMemory(

clk, wrt_en, address, data_in, approx_in, data_out, approx_out);

(∗C∗) input clk; (∗C∗) input wrt_en; (∗C∗) input[N-1:0] address;

input[M-1:0] data_in;

(∗C∗) input approx_in; (∗A∗) output[N-1:0] data_out;

• utput approx_out;

...

endmodule

Reuse ¡Phase ¡

• Avoid ¡rewriBng ¡modules ¡from ¡scratch ¡

– Ease ¡of ¡development ¡

• Reuse ¡of ¡IP ¡cores ¡

– MoBvaBon ¡for ¡innovaBon ¡and ¡entrepreneurship ¡

• Scalability ¡for ¡very ¡large ¡designs ¡

Overriding ¡

Full Adder a[0] b[0] c_in z[0] c[0] Full Adder a[1] b[1] z[1] c[1] Full Adder a[2] b[2] (*C*) z[2] c[2] Full Adder a[7] b[7] (*C*) z[7] c_out

Precise Modules Approximate Modules

Overriding ¡within ¡a ¡Module ¡

b1 b2 b3

* * * * + + +

x (*C*) clk b0 (*A*) w1 (*A*) w3 (*A*) y (*C*) y (*A*) w0 (*A*) w2 w4 w5 d0 d1 d2 d3

*

m0 m1 m2 m3 a1 a2 a3

(*C*) rst

Bridging ¡

(*C*) clk DualState Memory (*C*) wrt_en (*A*) data_out approx_out data_in (*C*) approx_in addr

ApproximaBon ¡Safety ¡Analysis ¡

• ApproximaBon ¡bridge ¡
• vs. ¡criBcal ¡wire? ¡
• Deciding ¡final ¡precision ¡
• f ¡all ¡gates. ¡
• Backward ¡Slicing ¡

Algorithm ¡ ¡ ¡

Algorithm 1 Backward slicing to find precise wires. Inputs: K: Circuit Θ: Set of precise outputs Ψ: Set of critical wire overrides Y: Set of approximate wires overrides Output: ℜ: Set of precise wires Initialize ℜ / Initialize Q / for each wi 2 (Θ [ Ψ) do enqueue(Q, wi) end for while (Q 6= / 0) do wi dequeue(Q) Φ In K, find input wires of the gate that drives wi for each w j 2 Φ do if (w j / 2 Y and wj / 2 ℜ) then ℜ ℜ [ w j enqueue(Q, wj) end if end for end while

Cone ¡Analysis ¡

(*A*) y (*C*) y (*A*) w0 (*A*) w1 (*C*) w2 (*A*) y z

Quality ¡Analysis ¡

• Constraining ¡approximaBon ¡
• Safety ¡vs. ¡Quality ¡
• (*A: ¡f() ¡< ¡ε*) ¡
• Profiling ¡with ¡test ¡inputs ¡
• Global ¡confidence ¡metric ¡

QuesBons? ¡