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Theses Year : 2021

Towards Compression At All Levels In The Memory Hierarchy

Vers la Compression à Tous les Niveaux de la Hiérarchie de la Mémoire

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Abstract

Hardware compression techniques are typically simplifications of software compression methods. They must, however, comply with area, power and latency constraints. This study unveils the challenges of adopting compression in memory design. The goal of this analysis is not to summarize proposals, but to put in evidence the solutions they employ to handle those challenges. An in-depth description of the main characteristics of multiple methods is provided, as well as criteria that can be used as a basis for the assessment of such schemes. Typically, these schemes are not very efficient, and those that do compress well decompress slowly. This work explores their granularity to redefine their perspectives and improve their efficiency, through a concept called Region-Chunk compression. Its goal is to achieve low (good) compression ratio and fast decompression latency. The key observation is that by further sub-dividing the chunks of data being compressed one can reduce data duplication. This concept can be applied to several previously proposed compressors, resulting in a reduction of their average compressed size. In particular, a single-cycle-decompression compressor is boosted to reach a compressibility level competitive to state-of-the-art proposals. Finally, to increase the probability of successfully co-allocating compressed lines, Pairwise Space Sharing (PSS) is proposed. PSS can be applied orthogonally to compaction methods at no extra latency penalty, and with a cost-effective metadata overhead. The proposed system (Region-Chunk+PSS) further enhances the normalized average cache capacity by 2.7% (geometric mean), while featuring short decompression latency.
Les techniques de compression matérielle sont généralement des simplifications des méthodes de compression logicielle. Elles doivent, toutefois, se conformer aux contraintes de surface, de puissance et de latence. Cette étude dévoile les défis de l’adoption de la compression dans la conception de la mémoire. Le but de l’analyse n’est pas de résumer les propositions, mais de mettre en évidence les solutions qu’ils emploient pour relever ces défis. Une description détaillée des principales caractéristiques de plusieurs méthodes est fournie, ainsi que des critères qui peuvent être utilisés comme base pour l’évaluation de ces systèmes. Généralement, ces schémas ne sont pas très efficaces, et les schémas qui compressent bien décompressent lentement. Ce travail explore leur granularité pour redéfinir leurs perspectives et améliorer leur efficacité, à travers un concept appelé compression Region-Chunk. Son objectif est d’obtenir un haut (bon) taux de compression et une latence de décompression rapide. L’observation clé est qu’en subdivisant davantage les blocs de données compressés, on peut réduire la duplication des données. Ce concept peut être appliqué à plusieurs compresseurs précédemment proposés, entraînant une réduction de leur taille moyenne compressée. En particulier, un compresseur à décompression à cycle unique est boosté pour atteindre un niveau de compressibilité compétitif par rapport aux propositions de pointe. Enfin, pour augmenter la probabilité de co-allouer avec succès des lignes compressées, Pairwise Space Sharing (PSS) est proposé. PSS peut être appliqué orthogonalement aux méthodes de compactage sans pénalité de latence supplémentaire, et avec une surcharge de métadonnées rentable. Le système proposé (Region-Chunk + PSS) améliore encore la capacité normalisé moyenne du cache de 2,7% (moyenne géométrique), tout en offrant une courte latence de décompression.
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Dates and versions

tel-03454941 , version 1 (29-11-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03454941 , version 1

Cite

Daniel Rodrigues Carvalho. Towards Compression At All Levels In The Memory Hierarchy. Other [cs.OH]. Université de Rennes 1, 2021. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03454941⟩
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