Caracterización del envejecimiento en los bancos de registros de microprocesadores x86

Lasaosa Isac, Miguel
Valero Bresó, Alejandro (dir.) ; Gran Tejero, Rubén (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2020
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Graduado en Ingeniería Informática

Resumen: La continua miniaturización del transistor compromete la fiabilidad de los circuitos digitales. Entre los efectos que degradan el transistor a lo largo del tiempo, destacan los efectos Bias Temperature Instability (BTI) y Hot Carrier Injection (HCI). Ambos efectos aumentan el voltaje umbral de los transistores, lo cual puede provocar fallos en la ejecución de las aplicaciones, acortando el tiempo de vida útil de los microprocesadores.
Los componentes de un procesador más susceptibles a los efectos BTI y HCI son aquellos que integran un mayor número de transistores, se utilizan continuamente y con frecuencia, y tienen un impacto directo en el rendimiento del sistema. En este trabajo, se caracterizan ambos efectos de envejecimiento sobre el banco de registros de un procesador x86 atendiendo a los valores almacenados en esta estructura de memoria. Para ello, se instrumenta un simulador ciclo-a-ciclo que permite emular el comportamiento de un procesador Skylake y extraer estadísticas de uso relacionadas con la degradación de los transistores a partir de la ejecución de un conjunto de aplicaciones científicas.
Los resultados experimentales muestran diferentes patrones de degradación dependiendo de la aplicación ejecutada, aunque se pueden extraer características comunes que contribuyen a acelerar la degradación del banco de registros. Por ejemplo, la mayoría de aplicaciones almacenan una gran cantidad de bytes nulos y direcciones de memoria que afectan a celdas específicas de los registros. A partir de un modelo analítico, se comprueba que los transistores de estas celdas sufren el mayor aumento de voltaje umbral al cabo de un uso continuado durante tres años.
El estudio de caracterización presentado en este trabajo permitirá diseñar mecanismos arquitectónicos capaces de mitigar o distribuir el desgaste de los transistores de manera homogénea por todo el banco de registros, alargando sustancialmente el tiempo de vida del procesador.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado