Contributions on approximate computing techniques and how to measure them

Autor: Rodriguez Cancio, Marcelino
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2017
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Popis: La Computation Approximée est basée dans l'idée que des améliorations significatives de l'utilisation du processeur, de l'énergie et de la mémoire peuvent être réalisées, lorsque de faibles niveaux d'imprécision peuvent être tolérés. C'est un concept intéressant, car le manque de ressources est un problème constant dans presque tous les domaines de l'informatique. Des grands superordinateurs qui traitent les big data d'aujourd'hui sur les réseaux sociaux, aux petits systèmes embarqués à contrainte énergétique, il y a toujours le besoin d'optimiser la consommation de ressources. La Computation Approximée propose une alternative à cette rareté, introduisant la précision comme une autre ressource qui peut à son tour être échangée par la performance, la consommation d'énergie ou l'espace de stockage. La première partie de cette thèse propose deux contributions au domaine de l'informatique approximative: Aproximate Loop Unrolling : optimisation du compilateur qui exploite la nature approximative des données de séries chronologiques et de signaux pour réduire les temps d'exécution et la consommation d'énergie des boucles qui le traitent. Nos expériences ont montré que l'optimisation augmente considérablement les performances et l'efficacité énergétique des boucles optimisées (150% - 200%) tout en préservant la précision à des niveaux acceptables. Primer: le premier algorithme de compression avec perte pour les instructions de l'assembleur, qui profite des zones de pardon des programmes pour obtenir un taux de compression qui surpasse techniques utilisées actuellement jusqu'à 10%. L'objectif principal de la Computation Approximée est d'améliorer l'utilisation de ressources, telles que la performance ou l'énergie. Par conséquent, beaucoup d'efforts sont consacrés à l'observation du bénéfice réel obtenu en exploitant une technique donnée à l'étude. L'une des ressources qui a toujours été difficile à mesurer avec précision, est le temps d'exécution. Ainsi, la deuxième partie de cette thèse propose l'outil suivant : AutoJMH : un outil pour créer automatiquement des microbenchmarks de performance en Java. Microbenchmarks fournissent l'évaluation la plus précis de la performance. Cependant, nécessitant beaucoup d'expertise, il subsiste un métier de quelques ingénieurs de performance. L'outil permet (grâce à l'automatisation) l'adoption de microbenchmark par des non-experts. Nos résultats montrent que les microbencharks générés, correspondent à la qualité des manuscrites par des experts en performance. Aussi ils surpassent ceux écrits par des développeurs professionnels dans Java sans expérience en microbenchmarking.
Approximate Computing is based on the idea that significant improvements in CPU, energy and memory usage can be achieved when small levels of inaccuracy can be tolerated. This is an attractive concept, since the lack of resources is a constant problem in almost all computer science domains. From large super-computers processing today’s social media big data, to small, energy-constraint embedded systems, there is always the need to optimize the consumption of some scarce resource. Approximate Computing proposes an alternative to this scarcity, introducing accuracy as yet another resource that can be in turn traded by performance, energy consumption or storage space. The first part of this thesis proposes the following two contributions to the field of Approximate Computing :Approximate Loop Unrolling: a compiler optimization that exploits the approximative nature of signal and time series data to decrease execution times and energy consumption of loops processing it. Our experiments showed that the optimization increases considerably the performance and energy efficiency of the optimized loops (150% - 200%) while preserving accuracy to acceptable levels. Primer: the first ever lossy compression algorithm for assembler instructions, which profits from programs’ forgiving zones to obtain a compression ratio that outperforms the current state-of-the-art up to a 10%. The main goal of Approximate Computing is to improve the usage of resources such as performance or energy. Therefore, a fair deal of effort is dedicated to observe the actual benefit obtained by exploiting a given technique under study. One of the resources that have been historically challenging to accurately measure is execution time. Hence, the second part of this thesis proposes the following tool : AutoJMH: a tool to automatically create performance microbenchmarks in Java. Microbenchmarks provide the finest grain performance assessment. Yet, requiring a great deal of expertise, they remain a craft of a few performance engineers. The tool allows (thanks to automation) the adoption of microbenchmark by non-experts. Our results shows that the generated microbencharks match the quality of payloads handwritten by performance experts and outperforms those written by professional Java developers without experience in microbenchmarking.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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