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Near Threshold Computing

Near Threshold Computing
type: Seminar (S) links:
semester: WS 15/16
lecturer: Prof.Dr. Mehdi Baradaran Tahoori
sws: 3
lv-no.: 2400102

Description

While technology scaling continues to provide more transistors and devices on the chip, energy has become a very important design constraint in nano-meter technologies. Near-threshold computing (NTC) is a promising approach to reduce the power/energy consumption. The key feature of NTC is to reduce the supply voltage of the entire or part of the chip to a value very close to threshold voltage in order to lower the power and energy consumption. Although this technique can achieve orders of magnitudes reduction in power and energy consumption, it comes at the costs of important challenges such as lower operating frequencies, reduced performance, lower reliability and much higher sensitivity to process and runtime variations.

The objective of this seminar is to become familiar with general and state of the art techniques used in NTC and provides a base for research in this area. The prospective students can choose a specific topic from a wide range of areas at different abstraction levels (from device-level to system-level) based on their interests and background. The topics include but not limited to:

  • Performance and energy tradeoff analysis
  • Reliability and variability analysis and solutions for addressing these challenges
  • Approximate computing techniques

Beschreibung

Während mehr und mehr Transistoren in immer kleineren Strukturgrößen gefertigt werden können, wird Energie ein immer wichtigerer Aspekt den man beim Chip-Design berücksichtigen muss. Near-threshold computing (NTC) ist ein vielversprechender Ansatz um die Leistungs- und Energieaufnahme zu verringern. Die Grundidee im NTC ist, das System mit einer Versorgungsspannung knapp über der Schwellspannung (Transistor Threshold-Spannung) zu betreiben. Durch diese Technik kann man zwar mehrere Größenordnungen an Leistung und Energie einsparen, jedoch gibt es noch einige Probleme zu bewältigen, wie niedrige Performance aufgrund nur geringer erreichbarer Frequenzen, geringerer Zuverlässigkeit, und größerer Anfälligkeit gegenüber verschiedenen Produktions- und Laufzeit-Schwankungen.

Das Ziel dieses Seminars ist es mit den üblichen Ansätzen aber auch den neuesten Techniken im Bereich der NTC Forschung bekannt zu werden, und eine breite Basis für weitere Forschungen in diesem Bereich bieten.

Die Studenten können ein spezielles Thema aus einem breiten Bereich verschiedener Unterthemen auf verschiedenen Abstraktionsebenen wählen (vom Transistor bis zum Gesamtsystem), je nach eigenem Interesse und bisherigem Hintergrundwissen. Die Themen beinhalten, sind aber nicht limitiert auf:

  • Analyse von Energie- und Performance Abwägungen
  • Analyse der Auswirkungen von Produktionsschwankungen, und andere Aspekten der Zuverlässigkeit, inklusive mögliche Lösungsansätze
  • Techniken für „Approximate Computing“ - Rechnen mit akzeptierbaren Ungenauigkeiten in den Ergebnissen