Optimizing on-chip Machine Learning for Data Prefetching
Abstract
The idea behind data prefetching is to speed up program execution by predicting
what data is needed by the processor, before it is actually needed. Data prefetching
is commonly performed by prefetching the next memory address in line, but there
are other, more sophisticated approaches such as machine learning. The accuracy
performance of a Machine learning prefetcher can be highly accurate and the model
can be of great size, but applying it to hardware will enforce a limit regarding
the size of the model. Therefore a balance between machine learning model size
and performance has to be considered. This paper describes the optimization of
a machine learning prefetcher’s size, whilst retaining performance, and how it was
achieved by considering Recurrent Neural Networks’ in hardware. Finally this paper
suggests machine learning prefetcher attributes promoting feasibility in hardware, as
well as presenting a machine learning model optimized for prefetching in a hardware
setting.
Degree
Student essay
Other description
Tanken bakom ’data prefetching’ är att snabba upp programexekveringen genom att
förutspå vilken data processorn kommer att behöva i framtiden. Data prefetching
utförs vanligtvis via hämtning av nästkommande minnesblock, men det existerar
mer komplexa implementationer av data prefetching, varav maskininlärning ränkas
till dessa. Det finns fåtal begränsningar med maskininlärning, utan i fallet av en
maskininlärningsbaserad data prefetcher kommer hårdvaran att vara flaskhalsen.
Således måste ett övervägande mellan prestanda och storlek på makininlärningsmodellen
göras. Denna rapport behandlar optimering av storleken på maskininlärningsbaserade
prefetchers utan att offra prestanda, samt hur det utfördes med hjälp
av återkommande neurala nätverk realiserbara i hårdvara. Slutligen lägger denna
rapport fram karaktärsdrag som främjar realierbarhet i hårdvara hos en maskininlärningsbaserad
prefetcher, samt presenterar en specifik maskininlärningsbaserad
prefetcher optimerad för hårdvara.
Collections
View/ Open
Date
2023-03-03Author
Larsson, Hampus
Jernberg, Miranda
Pansell, Albin
Stigsson, Fabian
Hamrefors, Fredrik
Söderström, Pontus
Keywords
Data Prefetching
Machine Learning
HW/SW co-Design
HLS
FPGA
Language
eng