Options for Denormal Representation in Logarithmic Arithmetic

Mark G. Arnold 1 Sylvain Collange 2
2 ALF - Amdahl's Law is Forever
Inria Rennes – Bretagne Atlantique , IRISA-D3 - ARCHITECTURE
Résumé : Les circuits intégrés économiques utilisent souvent des systèmes de numération en virgule fixe, dont la précision absolue constante est acceptable pour de nombreux algorithmes de traitement du signal. La précision relative quasi-constante du système virgule flottante, plus coûteux, simplifie la conception, en éliminant notamment le risque de débordement par le haut, la dynamique du flottant étant bien plus grande qu'en virgule fixe. Cependant, le flottant primitif induit un autre problème : le débordement par le bas (underflow). Le système logarithmique conventionnel (SLNS) offre une dynamique et une précision similaire au flottant, pour des performances bien meilleures (en termes de consommation, vitesse et surface) pour la multiplication, la division, les puissances et les racines. L'addition en précision moyenne en SLNS est basées sur des accès à des tables, avec des propriétés similaires au flottant (incluant le débordement par le bas). Cet article propose trois variations autour d'un nouveau système de représentation des nombres, respectivement appelées Denormal LNS (DLNS), Denormal Mitchell LNS (DMLNS) et Denormal Offset Mitchell LNS (DOMLNS), qui sont toutes des hybrides des propriétés de la virgule fixe et du SLNS. L'inspiration de D(OM)LNS vient des nombre dénormaux (ou sous-normaux) de la norme IEEE-754, qui fournissent un débordement par le bas graduel, et le codage µ-law utilisé dans la transmission de la voix. Le nouveau circuit DLNS proposé permet de calculer directement sur les données codées. L'approche proposée permet d'ajuster l'intervalle dans lequel le débordement progressif intervient. Une plage large se comporte comme la virgule fixe, une étroite comme le SLNS. L'approche DLNS est la plus économique pour les applications impliquant des additions, soustractions et multiplications par des constantes, telles que les transformées de Fourier rapides (FFT). Notre première mise en {\oe}uvre s'appuie sur les blocs de base existant d SLNS. Des synthèses montrent que le nouveau circuit est constitué principalement des tables d'additions SLNS traditionnelles, avec des chemins de données supplémentaires qui permettent à la nouvelle unité d'opérer sur des données SLNS, DLNS ou mixtes, pour un surcoût en surface de 26% dans le pire cas. Contrairement au SLNS, cette réalisation de DLNS reste coûteuse pour la multiplication générique, la division et les racines. Pour surmonter cette difficulté, cet article propose les variations DMLNS et DOMLNS, pour lesquelles la méthode de Mitchell rapproche le coût des multiplications génériques, divisions et racines de leurs équivalents en SLNS. Des calculs sur des séries de Taylor suggèrent que les valeurs sous-normales en DMLNS et DOMLNS se comportent également de manière similaires à celles de la norme IEEE-754. Des synthèses montrent que DMLNS et DOMLNS offrent des surcoûts respectifs de 25% et 17% par rapport à une unité SLNS à 5 opérations équivalente.
Type de document :
Rapport
[Research Report] RR-8412, Inria. 2014, pp.27
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Contributeur : Sylvain Collange <>
Soumis le : lundi 6 janvier 2014 - 14:18:04
Dernière modification le : mercredi 11 avril 2018 - 02:01:13
Document(s) archivé(s) le : jeudi 10 avril 2014 - 16:46:05

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Mark G. Arnold, Sylvain Collange. Options for Denormal Representation in Logarithmic Arithmetic. [Research Report] RR-8412, Inria. 2014, pp.27. 〈hal-00909096v2〉

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