Düşük güç tüketimi ve yüksek başarım için özgün uyarlanabilir gömülü sistem ve bellek tasarımları / (Record no. 200450630)

MARC details
000 -LEADER
fixed length control field 09774nam a2200637 i 4500
003 - CONTROL NUMBER IDENTIFIER
control field TR-AnTOB
005 - DATE AND TIME OF LATEST TRANSACTION
control field 20230908001005.0
007 - PHYSICAL DESCRIPTION FIXED FIELD--GENERAL INFORMATION
fixed length control field ta
008 - FIXED-LENGTH DATA ELEMENTS--GENERAL INFORMATION
fixed length control field 171111s2022 xxu e mmmm 00| 0 eng d
035 ## - SYSTEM CONTROL NUMBER
System control number (TR-AnTOB)200450630
040 ## - CATALOGING SOURCE
Original cataloging agency TR-AnTOB
Language of cataloging eng
Description conventions rda
Transcribing agency TR-AnTOB
041 0# - LANGUAGE CODE
Language code of text/sound track or separate title Türkçe
099 ## - LOCAL FREE-TEXT CALL NUMBER (OCLC)
Classification number TEZ TOBB FBE BİL Ph.D’22 KOÇ
100 ## - MAIN ENTRY--PERSONAL NAME
Personal name Koç, Fahrettin
Relator term author
9 (RLIN) 92830
245 10 - TITLE STATEMENT
Title Düşük güç tüketimi ve yüksek başarım için özgün uyarlanabilir gömülü sistem ve bellek tasarımları /
Statement of responsibility, etc. Fahrettin Koç; thesis advisor Oğuz Ergin.
246 ## - VARYING FORM OF TITLE
Title proper/short title Novel adaptıve embedded system and memory desıgns for low power consumptıon and hıgh performance
264 #1 - PRODUCTION, PUBLICATION, DISTRIBUTION, MANUFACTURE, AND COPYRIGHT NOTICE
Place of production, publication, distribution, manufacture Ankara :
Name of producer, publisher, distributor, manufacturer TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü,
Date of production, publication, distribution, manufacture, or copyright notice 2022
300 ## - PHYSICAL DESCRIPTION
Extent xx, 116 pages :
Other physical details illustrations ;
Dimensions 29 cm
336 ## - CONTENT TYPE
Content type term text
Content type code txt
Source rdacontent
337 ## - MEDIA TYPE
Media type term unmediated
Media type code n
Source rdamedia
338 ## - CARRIER TYPE
Carrier type term volume
Carrier type code nc
Source rdacarrier
502 ## - DISSERTATION NOTE
Dissertation note Tez (Doktora Tezi)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Ağustos 2022
520 ## - SUMMARY, ETC.
Summary, etc. Modern gömülü sistemler ve bilgisayarlarda düşük güç tüketimi sağlamak için bu sistemlerin en önemli parçası olan bellek yapılarında enerji kayıplarını azaltan çözümlere ihtiyaç vardır. Ancak bu çözümlerin başarımda istenen seviyeyi düşürmemesi ve hoş görülemez alan kaybına neden olmaması beklenir. Çağdaş bilgisayar mimarilerinde en çok kullanılan bellek yapılarından biri, Dinamik Rasgele Erişimli Bellek (DRAM)'lerdir. DRAM'i oluşturan bit hücreleri, belirli bir süre herhangi bir erişim olmaksızın veri saklayabilmekte ancak belirli süreden sonra erişim yapılmazsa sızdırma akımları nedeniyle veri kaybı olmaktadır, bu nedenle periyodik olarak DRAM hücrelerine erişilmesi ve yenilenmesi (Refresh) gerekmektedir. Bu işlem ise, hem güç tüketimi hem de başarım açısından oldukça maliyetlidir. Tez kapsamında, farklı koşullar/girdilere göre DRAM'in devre parametrelerini (besleme gerilimi veya alttaş kutuplama gerilimi) kendisinin değiştirilebildiği özgün Uyarlamalı DRAM (Adaptive DRAM) tasarımları (Geliştirdiğim üç tasarımdan ikisi; 2019/17243 ve 2019/13677 patent numarası ile tescillenmiştir, üçüncüsü; 2019/10444, tescil sürecindedir.) önerilmektedir. Önerilen tasarımların herhangi biri, DRAM'e kıyasla en az %21 daha düşük güç tüketimi sağlamaktadır, ve sadece %10'dan daha az gecikmeye neden olmaktadır. Ayrıca, özgün ADRAM tasarımlarımız, girdilere göre, ihtiyaç duyulan toplam yenileme sayısında %34 ile %81,8 aralığında düşüş sağlayabilmektedir. Durağan Rasgele Erişimli Bellek (SRAM) diğer bir önemli bellek birimidir. SRAM için sızdırma akımları küçülen transistör boyutları (kanal genişliği, ısıl yükler vb.) nedeniyle büyüyen bir problemdir. Bu problemi çözmek için, birden fazla hücre içeriği uyarlamalı ve bu uyarlamayı birden fazla hücreye dağıtan Multi-contents Aware SRAM (MASRAM) tasarımı önerilmektedir. MASRAM, 64 bit gruplu hücre öbeği için en az %74 ihtimalle %35'e varan durağan enerji kaybı düşüşü sağlayabilmektedir (15. ve 47. bit'lere göre alttaş kutuplama gerilimi 64 hücreye uygulandığında), ve sadece %1'lik bir alan artışına neden olur. Gömülü sistemlerden uç cihazlara, hava savunmadan yapay zeka uygulamalarına, Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA) kullanımı, yeniden programlanabilir yapısı nedeniyle yaygınlaşmaktadır, ve FPGA'lerde güç tüketiminin önemi de artmaktadır. Düşük güç tüketimi için önerilen çözümlerden biri, FPGA'lerde "gerilim düşürme"'dir. Ancak, bu yöntem güvenilirlik endişesi oluşturmamalı, ve istenen doğruluk seviyesini garanti etmelidir. Tez kapsamında, FPGA tabanlı Evrişimsel Sinir Ağları (CNNs) hızlandırıcılar için gerilim düşürmeye yönelik şu çalışmalar gerçekleştirilmiştir: İlk çalışmada; farklı FPGA'lerde, farklı frekanslarda, farklı CNN denektaşları için gerilim düşürme ile doğruluk ilişkisi araştırılır. İkinci çalışma, -40 ile 50 C arasındaki her sıcaklıkta, 4 farklı nem koşulunda (ilk kez bir FPGA için), farklı gerilimlerde CNNs koşturularak; gerilim düşürmenin doğruluklara etkisinin farklı zorlu şartlar altında karakterizasyonu sağlanır. Ayrıca, FPGA tabanlı CNN hızlandırıcıların güç verimliliğinde; temel tasarıma kıyasla %65 artış sağlayan, 3 özgün güvenilir gerilim düşürme tasarımı önerilmiştir. Son çalışmada ise, ilk kez, şu 2 etki keşfedilmiştir: CNN hızlandırıcı FPGA'lerde belirli bir düşük voltajda artan sayıda CNN iterasyonu ile doğrulukların azalması (DIE), ve o voltajda yineleme devam ederken geçici olarak yüksek gerilim uygulamanın DIE'a karşı iyileştirici etkisi (RE). Bu etkileri kullanarak, istenen doğruluğu koruyarak en az %43 güç verimliliği artışı sağlayan 3 özgün FPGA gerilim düşürme tasarımı önerilmiştir.
Summary, etc. To ensure low power consumption in modern embedded systems and computers, solutions that reduce energy dissipation are needed in Memory structures, which are the most critical part of these systems. However, these solutions are expected not to reduce the intended performance level and not cause an intolerable area cost. One of the most widely used memory structures in contemporary computer architectures is Dynamic Random Access Memory (DRAM). The bit cells that make up the DRAM can store data without access for a certain period. Still, if access is not made after a certain period of time, data is lost due to leakage currents, so it is necessary to periodically access and refresh. This process is very costly in terms of both power consumption and performance. In the scope of the thesis work, novel adaptive DRAM (Adaptive DRAM) designs (Two of the three techniques I developed; are registered with patent numbers 2019/17243 and 2019/13677, and the third one is in the registration process 2019/10444) in which DRAM can change its own circuit parameters (supply voltage or body biasing voltage) according to different conditions/inputs are proposed. Any of our proposed designs provide at least 21% lower power consumption than DRAM and only cause latency of less than 10%. In addition, our different ADRAM designs can achieve a 34% to 81.8% reduction in the total number of refreshes needed, depending on the inputs. Static Random Access Memory (SRAM) is another important branch of memory. Leakage currents in an SRAM are a growing problem due to shrinking transistor sizes (channel width, thermal loads, etc.). To solve this problem, it is proposed to design Multi-contents Aware SRAM (MASRAM), which adapts multiple cell contents and distributes this to multiple cells. MASRAM can provide a static energy dissipation reduction of up to 35% with a probability of at least 74% for a grup of cells with 64 bits (when the body biasing voltage relative to the 15th and 47th bits is applied to 64 cells), and causes an area increase of only 1%. From embedded systems to edge devices, from defense to AI applications, Field Programmable Gate Array (FPGAs) is spreading due to their reprogrammable structure, and the importance of power consumption in FPGAs is also growing. One recommended solution for low power consumption is "undervolting" in FPGAs. However, this method should not raise a reliability concern and should guarantee the intended levels of accuracy. In the scope of the thesis, the following studies were carried out for FPGA-based Convolutional Neural Networks (CNNs) accelerators: In the first study, we inspect the undervolting accuracy relationship for CNN benchmarks on different FPGAs at different frequencies. The second study is on characterizing the effect of undervolting on accuracies at different voltages under four different humidity conditions (for the first time for an FPGA), at any temperature between -40 and 50 C, under different harsh conditions. Moreover, we propose three novel reliable voltage reduction designs proposed for FPGA based CNN accelerators that provide a 65\% increase in power efficiency compared to the baseline design. In the final study, for the first time, we discover the two effects: an increasing number of CNN iterations at a low voltage decreases the accuracy (DIE), and the rejuvenating effect against DIE by temporarily applying high voltage while iteration continues at that voltage (RE). Exploiting these effects, we proposed three novel FPGA undervolting designs providing at least a 43\% power efficiency increase while preserving the desired accuracy.
653 ## - INDEX TERM--UNCONTROLLED
Uncontrolled term Düşük güç tüketimli bellek
Uncontrolled term DRAM
Uncontrolled term SRAM
Uncontrolled term VLSI tasarım
Uncontrolled term Gerilim ölçekleme
Uncontrolled term Uyarlamalı alttaş kutuplama
Uncontrolled term Durağan enerji kaybı
Uncontrolled term Sızdırma azaltma
Uncontrolled term Saklama zamanı
Uncontrolled term FGGA
Uncontrolled term FGGA tabanlı gömülü sistemler
Uncontrolled term Donanım hızlandırıcı
Uncontrolled term Derin öğrenme
Uncontrolled term Evrişimsel sinir ağı
Uncontrolled term Gerilim düşürme
Uncontrolled term Low-power memory
Uncontrolled term VLSI design
Uncontrolled term Voltage scaling
Uncontrolled term Adaptive body biasing
Uncontrolled term Static energy dissipation
Uncontrolled term Leakage reduction
Uncontrolled term Retention time
Uncontrolled term FPGA-based embedded systems
Uncontrolled term Hardware accelerator
Uncontrolled term Deep learning
Uncontrolled term Convolutional neural network
Uncontrolled term Undervolting
700 1# - ADDED ENTRY--PERSONAL NAME
Personal name Ergin, Oğuz
9 (RLIN) 36153
Relator term advisor
710 ## - ADDED ENTRY--CORPORATE NAME
Corporate name or jurisdiction name as entry element TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi.
Subordinate unit Fen Bilimleri Enstitüsü
9 (RLIN) 77078
942 ## - ADDED ENTRY ELEMENTS (KOHA)
Koha item type Thesis
Source of classification or shelving scheme Other/Generic Classification Scheme
Holdings
Withdrawn status Lost status Source of classification or shelving scheme Not for loan Collection code Home library Current library Shelving location Date acquired Source of acquisition Total Checkouts Full call number Barcode Date last seen Copy number Date shelved Koha item type
    Other/Generic Classification Scheme Ödünç Verilemez-Tez / Not For Loan-Thesis Tezler Merkez Kütüphane Merkez Kütüphane Tez Koleksiyonu / Thesis Collection 18/11/2022 Bağış / Donation   TEZ TOBB FBE BİL Ph.D’22 KOÇ TZ01465 18/11/2022 1 18/11/2022 Thesis
Devinim Yazılım Eğitim Danışmanlık tarafından Koha'nın orjinal sürümü uyarlanarak geliştirilip kurulmuştur.