Data movement between the processor and the main memory is a first-order obstacle against improving performance and energy efficiency in modern systems. To address this obstacle, Processing-using-Memory (PuM) is a promising approach where bulk-bitwise operations are performed leveraging intrinsic analog properties within the DRAM array and massive parallelism across DRAM columns. Unfortunately, 1) modern off-the-shelf DRAM chips do not officially support PuM operations, and 2) existing techniques of performing PuM operations on off-the-shelf DRAM chips suffer from two key limitations. First, these techniques have low success rates, i.e., only a small fraction of DRAM columns can correctly execute PuM operations because they operate beyond manufacturer-recommended timing constraints, causing these operations to be highly susceptible to noise and process variation. Second, these techniques have limited compute primitives, preventing them from fully leveraging parallelism across DRAM columns and thus hindering their performance benefits. We propose PULSAR, a new technique to enable high-success-rate and high-performance PuM operations in off-the-shelf DRAM chips. PULSAR leverages our new observation that a carefully crafted sequence of DRAM commands simultaneously activates up to 32 DRAM rows. PULSAR overcomes the limitations of existing techniques by 1) replicating the input data to improve the success rate and 2) enabling new bulk bitwise operations (e.g., many-input majority, Multi-RowInit, and Bulk-Write) to improve the performance. Our analysis on 120 off-the-shelf DDR4 chips from two major manufacturers shows that PULSAR achieves a 24.18% higher success rate and 121% higher performance over seven arithmetic-logic operations compared to FracDRAM, a state-of-the-art off-the-shelf DRAM-based PuM technique.


翻译:处理器与主存之间的数据移动是制约现代系统性能和能效提升的首要障碍。为此,内存内处理(PuM)提供了一种有前景的解决方案,该方法利用DRAM阵列内部的模拟特性和DRAM列间的大规模并行性,实现批量比特操作。然而,现有技术存在两大局限:1) 商用现成DRAM芯片官方不支持PuM操作;2) 现有商用DRAM芯片PuM技术面临成功率低(仅少数DRAM列可正确执行操作,因超出制造商推荐时序约束而极易受噪声和工艺偏差影响)和计算原语有限(无法充分利用DRAM列间并行性,限制性能增益)的问题。本文提出PULSAR技术,在商用现成DRAM芯片中实现高成功率、高性能的PuM操作。PULSAR基于新发现:精心设计的DRAM命令序列可同时激活多达32行DRAM。该技术通过1) 复制输入数据提升成功率,2) 引入新型批量比特操作(如多输入多数表决、多行初始化、批量写入)提升性能,克服了现有技术局限。对两大制造商生产的120颗商用DDR4芯片分析表明,相较于现有最优的商用DRAM PuM技术FracDRAM,PULSAR在七种算术逻辑操作上实现了24.18%的成功率提升和121%的性能提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
2+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员