Nous dé nissons dans cette sous-section les métriques qui permettent d'évaluer les performances calculatoires et énergétiques de l'architecture hybride recon gurable.
A.3-1 Accélération apportée par l'architecture hybride
Nous discutons le gain en performances calculatoires en re-visitant la fameuse loi d'Am- dhal. En eet, a n d'évaluer les performances de l'architecture hybride en regard de celles du processeur seul, nous dé nissons la métrique accélération comme l'accéléra- tion du traitement apportée par l'architecture hybride par rapport à l'exécution du calcul par le CPU seul. Pour une tâche τi, c'est le rapport entre la latence de traite-ment sur le CPU Ti
execCP U et la latence de traitement sur l'architecture hybride.
La gure 2-2 montre les diagrammes temporels pour l'ARD et l'interconnexion dans le cas d'une recon guration dynamique totale et partielle pour un contexte de recon- guration donné.
Figure 2-2 Diagrammes temporels dans le cas d'une recon guration dyna- mique partielle (a) et totale (b) pour un contexte de recon guration donné. Selon le principe de la recon guration dynamique, la phase de chargement du contexte de recon guration, dont la latence est Ti
CHconf, commence avant que le contexte précé-
dent ne termine son exécution. Dans le cas de la recon guration dynamique partielle, il y a un recouvrement entre les phases d'exécution Ti
execARD(du contexte précédent) et
de recon guration Ti
conf ARD. Cependant, ceci n'est pas le cas pour la recon guration
totale. La phase de chargement de données de la tâche τi dont la latence est Tcomi ne
doit commencer que si la phase recon guration est achevée.
La phase de chargement du contexte de recon guration, dont la latence est Ti CHconf,
commence avant que le contexte précédent ne termine son exécution. C'est le principe même de la recon guration dynamique. Pour le premier contexte de recon guration de la tâche, χiTi
CHconf représente une latence perdue.
recon guration aecte plus ou moins la performance de l'architecture hybride. En eet, dans le cas de la recon guration dynamique partielle, les cycles perdus à chaque recon guration de l'ARD ne nuisent pas à la performance puisqu'il y a un recouvrement entre les phases d'exécution (du contexte précédent) et de recon guration. Cependant, ceci n'est pas le cas pour la recon gurations totale. La phase de chargement de données de la tâche τi dont la latence est Tcomi ne doit commencer que si la phase recon guration
est achevée.
La latence de traitement totale sur l'architecture hybride Ti
totalHybride est la somme
entre la latence d'exécution de la tâche sur l'ARD Ti
execARD et les latences perdues
dans :
la recon guration de l'ARD Ti
conf ARD si la recon gutation dynamique est totale ;
le chargement du premier contexte de con guration. Cette latence est égale à χiTi CHconf
(1er contexte);
le chargement de données. Cette latence est égale à (1 − δi)Ti com;
le contrôle du processus de chargement des contextes de recon guration et des don- nées. Cette latence est référencée par Ti
controlCP U.
L'expression de la latence de traitement totale sur l'architecture hybride s'écrit alors : TtotalHybridei = TcontrolCP Ui +TexecARDi +θTconf ARDi +χiTCHconfi (1ercontexte)+(1−δi)Tcomi (2-5) θest un paramètre qui exprime le mode de recon guration dynamique : si totale θ = 1, sinon si partielle θ = 0.
Cette latence de traitement totale de l'architecture hybride recon gurable dière d'un modèle de couplage CPU/ARD à un autre. Cette diérence réside dans les valeurs de latence des processus de transfert de données et du premier contexte de recon guration depuis ou vers le système mémoire à l'ARD ainsi que dans la latence perdue par le CPU dans le contrôle de ces processus.
L'accélération du calcul apportée par l'architecture hybride recon gurable par rapport à l'exécution du calcul par le CPU seul Ai s'exprime par l'équation suivante :
Ai = T i execCP U Ti totalHybride (2-6) Soit T auxcycles_perdus, le pourcentage de cycles perdus (dans le chargement des données,
la con guration de l'ARD et le contrôle de ces deux processus par le CPU) par rapport au nombre de cycles total de traitement sur l'architecture hybride recon gurable et est
dé ni par :
T auxcycles_perdus =
Ti
controlCP U + θTconf ARDi + χiTCHconfi (1er contexte) + (1 − δi)Tcomi
Ti
totalHybride
(2-7) L'accélération apportée par l'architecture hybride peut alors être simpli ée à la formule suivante : Ai = T i execCP U Ti execARD
(1 − T auxcycles_perdus) (2-8)
Le rapport Ti execCP U
Ti
execARD dans l'expression de A
i représente le gain en accélération apporté
par l'exécution de l'application sur l'ARD par rapport à l'exécution sur le CPU sans prise en compte des cycles perdus dans le contrôle, la recon guration et le transfert des données et des contextes de recon guration. Nous remarquons que l'accélération a une valeur maximale (de saturation) qui correspond à cette valeur du gain pour un T auxcycles_perdus tendant vers 0.
Ce gain est le même pour tous les types de couplage entre le CPU et l'ARD. Ainsi, T auxcycles_perdus permet de caractériser le couplage le plus adéquat entre le CPU et
l'ARD pour une classe d'applications donnée.
A.3-2 Taux de réduction de la puissance dissipée et effica-
cité énergétique
Puissance dissipée par une architecture hybride
Nous dé nissons par l'équation 2-9 la puissance dissipée pour l'exécution d'une tâche τi
dans une architecture hybride recon gurable par la somme des puissances Pi
controlCP U
et Pi
ARD dissipées respectivement dans le contrôle par le CPU et le calcul par l'ARD
de la tâche τi et Ptransf erti celle dissipée dans le transfert des données et des contextes
de re-con guration.
Parchitecturei _hybride = PcontrolCP Ui + PARDi + Ptransf erti (2-9) Cette puissance totale dissipée dans le traitement par l'architecture hybride recon gu- rable dière d'un modèle de couplage CPU/ARD à un autre. Cette diérence réside dans les valeurs de puissance dissipée par le processus de transfert de données et des contextes de recon guration depuis ou vers le système mémoire à l'ARD, ainsi que dans la puissance perdue par le CPU dans le contrôle de ces processus.
Taux de réduction de la puissance dissipée
du CPU seul par T auxRed_E, le taux de réduction de la puissance dissipée par une
architecture hybride pour l'exécution de la tâche τi par rapport à celle dissipée dans
l'exécution de la tâche par le CPU seul. Il est dé nit par la formule suivante : T auxiRed_E = P i CP U − Parchitecturei _hybride Pi CP U (2-10) Pi
CP U est la puissance dissipée lors de l'exécution de la tâche τi par le CPU seul.
E cacité énergétique d'une architecture hybride
L'équation 2-11 dé nit l'e cacité énergétique d'une architecture hybride pour une tâche τi avec une complexité algorithmique Ci exprimée en MOPS et une puissance
dissipée Pi architecture_hybride. EE = C i Pi architecture_hybride M OP S W (2-11) La latence totale et la puissance dissipée totale dans le traitement sur une architecture hybride diérent d'un mode couplage CPU/ARD à un autre par les valeurs de latence et de puissance dissipée dans processus de transfert de données et des contextes de recon guration depuis ou vers le système mémoire à l'ARD ainsi que celles de latence et puissance perdue par le CPU dans le contrôle de ces processus.
A n de pouvoir quanti er la latence et la puissance dissipée dans communication des données et des contextes de recon guration, nous allons dé nir des modèles de com- munication généralistes qui peuvent être appliqués à toutes les architectures hybrides présentant une interaction entre le processeur et l'architecture recon gurable dynami- quement.
B Modélisation de la communication dans une
architecture hybride
Dans cette section, nous expliquons les diérentes phases de la construction du modèle de communication processeur-ARD. Nous dé nissons en premier lieu des lois générales permettant de quanti er la latence et la dissipation d'énergie due aux transferts entre les diérents éléments du modèle général. En deuxième lieu, nous spéci ons les dié- rentes lois de communications pour chaque modèle de couplage CPU/ARD et étudions l'impact des diérents paramètres applicatifs sur les performances de chaque modèle.