L’objectif de notre approche d’adaptation dynamique de la pr´ecision (ADP, ou encore DPS pour Dynamic Precision Scaling) est d’adapter, au cours du temps, la sp´ecification virgule fixe, et donc la taille des op´erateurs et de la m´emoire, en fonction des param`etres de l’environnement ext´erieur, afin de r´eduire la consommation d’´energie. Lorsque les pa- ram`etres de l’environnement ext´erieur ´evoluent, le syst`eme bascule vers une nouvelle sp´e- cification virgule fixe adapt´ee `a la nouvelle valeur de ces param`etres externes ce qui r´eduit ou augmente le nombre effectif de bits pour les op´erateurs arithm´etiques et la m´emoire. Dans notre approche, diff´erentes sp´ecifications en virgule fixe sont disponibles et sont d´e- termin´ees lors de la phase de conception du syst`eme.
Fixed-point specification selection
Metric p measurement
System inputs System outputs
) ( p
ffp
p System
Figure 2.1: Principe de l’approche d’adaptation dynamique de la pr´ecision
Le principe d’un syst`eme exploitant l’adaptation dynamique de la pr´ecision est pr´e- sent´e `a la Figure 2.1. L’architecture utilis´ee pour implanter le syst`eme doit poss´eder la capacit´e de r´ealiser les calculs sur des largeurs de donn´ees diff´erentes et la r´eduction de la largeur des donn´ees doit permettre de diminuer la consommation d’´energie ou d’augmenter les performances ce qui permettrait de r´eduire la tension d’alimentation du circuit. Les supports d’ex´ecution candidats pour implanter ce type de technique sont pr´esent´es dans la section 2.4.
Pour adapter la sp´ecification virgule fixe aux param`etres de l’environnement ext´erieur, une m´etrique p d´ecrivant les conditions ext´erieures est utilis´ee. Ce param`etre est d´etermin´e `
a l’int´erieur du syst`eme num´erique, par la mesure du signal d’entr´ee et/ou du signal de sortie. La sp´ecification virgule fixe est s´electionn´ee en fonction de cette m´etrique. Soit Sfp, l’ensemble de toutes les sp´ecifications virgule fixe pouvant ˆetre utilis´ees. Soit ffp, la
fonction de d´efinition de la sp´ecification virgule fixe `a utiliser en fonction de la m´etrique p est d´efinie par
ffp: R −→ Sfp
p 7−→ ffp(p)
(2.1)
2.3.1 M´etriques p
L’objectif de la m´etrique p est de quantifier les conditions externes au syst`eme in- fluen¸cant la contrainte de pr´ecision des calculs. Cette contrainte est fix´ee de sorte que la d´egradation des performances de l’application soit limit´ee. Les applications retenues pour illustrer notre approche ´etant issues du domaine des communications num´eriques, la m´etrique p utilis´ee pour quantifier les conditions externes pour ce type d’applications est d´etaill´ee.
Dans un syst`eme de transmission num´erique, le rapport signal sur bruit `a l’entr´ee du r´ecepteur influence les performances de l’application mesur´ees `a travers le taux d’erreurs binaires. Cette valeur n’est pas mesurable et doit ˆetre estim´ee. L’estimation de cette valeur est primordiale pour le bon fonctionnement du syst`eme. Le choix de la technique ad´equate pour r´ealiser cette estimation ne fait pas partie du cadre de cette th`ese. Dans [120] dif- f´erentes techniques d’estimation du RSB pour un canal BBGA sont compar´ees. Pour le r´ecepteur WCDMA, utilis´e comme application dans le chapitre 3, la technique d’estimation par apprentissage peut ˆetre utilis´ee. En effet, une s´equence d’apprentissage (bits pilotes) est pr´esente dans les trames du canal d´edi´e de contrˆole (DPCCH) de la norme WCDMA. Pour le r´ecepteur QPSK, pr´esent´e dans le chapitre 3, l’estimation du RSB se base sur l’´ecart entre la valeur du symbole estim´e avant et apr`es d´ecision. Le choix de l’estimateur est un compromis entre la qualit´e de l’estimation et la complexit´e de cet estimateur. En effet, la consommation d’´energie suppl´ementaire due `a la partie d’adaptation doit ˆetre r´e- duite au minimum pour ne pas d´etruire le gain d’´energie apport´e par l’adaptation de la sp´ecification virgule fixe.
Remarque : dans cette th`ese, le terme Eb/N0est utilis´e dans les diff´erentes simulations.
Eb/N0 est ´egal `a la valeur du RSB divis´e par l’efficacit´e spectrale. Par exemple, dans le
cas de la modulation QPSK, Eb/N0 est ´egal `a RSB/ log24. Dans le cas d’une transmission
`
a ´etalement de spectre avec un facteur d’´etalement SF, Eb/N0 est ´egal `a RSB× SF.
2.3.2 Contraintes de performance
Pour une impl´ementation en virgule fixe, une pr´ecision minimale des calculs doit ˆetre respect´ee pour garantir que les performances du syst`eme sont maintenues. Dans un syst`eme de transmission num´erique, le crit`ere de performance est le taux d’erreurs binaires. Les performances sont ´evalu´ees afin que l’utilisation de l’arithm´etique en pr´ecision finie ne modifie pas les performances du syst`eme en pr´ecision infinie (TEB0) de plus de . Soit Pb,
la puissance du bruit de quantification, le crit`ere de performance peut ˆetre donc formul´e de la mani`ere suivante :
ASIC FPGA CGRA ASIP DSP GPP µC Niveau de programmation Opérateur Opérateur multi-précision Opérateurs dédiés Transistor/porte LUT Opérateur SWP Opérateur Standard Ressources dédiées Opé rateur Instruc6on Granularité en
termes de largeurs Grain fin Grain moyen Grain épais Instr
uc6o n
Architecture reconfigurable Processeur Architecture dédiée
Architecture
Figure 2.2: Granularit´e en termes de largeur des donn´ees