RRCD: Redirección de Registros Basada en Compresión de Datos para Tolerar Fallos Permanentes en una GPU

La creciente demanda de paralelismo de las aplicaciones de propósito general en unidades de procesamiento gráfico (GPU) empuja hacia bancos de registros cada vez más grandes y con un mayor consumo energético en sucesivas generaciones. Reducir la tensión de alimentación más allá de su límite de seguridad es una forma eficaz de mejorar la eficiencia energética del banco de registros. Sin embargo, operar en estas tensiones tan bajas compromete la fiabilidad del circuito. Este trabajo tiene como objetivo tolerar fallos permanentes debidos a variaciones en el proceso de fabricación del banco de registros de una GPU operando por debajo del límite de seguridad. Para ello, este artículo propone una técnica microarquitectónica de redirección de registros, RRCD, que aprovecha la redundancia de los datos inherente en las aplicaciones para comprimir registros en tiempo de ejecución y sin la asistencia del compilador ni modificaciones en el repertorio de instrucciones. En lugar de deshabilitar toda una entrada de registro defectuosa, RRCD aprovecha las celdas fiables en una entrada defectuosa para redirigir y almacenar registros comprimidos. Los resultados experimentales muestran que, con más de un tercio de entradas de registro defectuosas, RRCD asegura la fiabilidad del banco de registros y reduce el consumo de energía en un 47% con respecto a un diseño convencional alimentado con una tensión nominal. El ahorro de energía es un 21% en comparación con un esquema de suavizado de ruido de tensión que opera en el límite seguro de tensión. Estos beneficios se obtienen con un impacto en el rendimiento y área del sistema menor que un 2 y 6%, respectivamente.