Dynamic Variable Stage Pipeline: an Implementation of its Control

Energy efficient computing is a major concern in all EDA industry, due mainly to cost, reliability and feasibility: temperature and power are the main performance limiters. Dynamic Variable Stages Pipelines allows to improve processors and datapaths throughput while reducing their energy consumptions. When the clock frequency is lowered, more computations can be performed in a combinatorial way. In such case, signals can go farther away than the fixed pipelines boundaries needed to ensure correct behaviour at high-frequency clock. Dynamic Variables Stages Pipelines allow to save dynamic power when stalling clock on bypassed pipeline buffers. This paper copes with the control for such Dynamic Variable Stages Pipelines. The control must ensure correct mode switches from/to Long Pipeline High Frequency and Short Pipeline Low Frequency. We provide an implementation with distributed control, and another one with centralized control, allowing to cope with very long pipelines where physical latencies can cause feasibility issues. Key-words: Variable length pipeline, Variable stage pipeline, Pipeline stage unification, Low Power, Leakage, Energy, Throughput in ria -0 03 81 56 3, v er si on 1 5 M ay 2 00 9 Pipeline à étages variables dynamiquement: une implantation du contrôle Résumé : Minimiser l’énergie pour effectuer une tâche donnée est critique dans l’industrie des sémiconducteurs, principalement à cause du coût, de la fiabilité et la faisabilité : la température et la puissance constituent les barrières principales au niveau des performances. Les pipelines à profondeur reconfigurables dynamiquement permettent d’augmenter les performances en terme de débit des processeurs et des circuits flots de données usuels, tout en réduisant leur consommation d’énergie. Lorsque la fréquence d’horloge diminue, plus de calculs peuvent être effectués combinatoirement. Dans un tel cas, les signaux peuvent se propager bien plus loin que les barrières fixes nécessaires, afin d’assurer la correction du comportement du circuit lors de l’utilisation de fréquences élevées sur l’horloge. Les pipelines à profondeur reconfigurables dynamiquement permettent de diminuer la puissance dynamique ; l’horloge n’est plus nécessaire sur les registres outre-passables. Ce rapport de recherche fournit une implantation distribuée du contrôle, et une autre centralisée. Elles permettent de traiter le cas des pipelines de très grandes profondeur, où des problèmes de faisabilité sont causés par les latences physiques associées aux signaux. Mots-clés : pipeline à longueur variable, pipeline avec nombre d’étages variable, unification d’étages de pipeline in ria -0 03 81 56 3, v er si on 1 5 M ay 2 00 9 Dynamic Variable Stage Pipeline: an Implementation of its Control 3