Verlustleistungsoptimierung von Registerspeicherzugriffen in einem Hörgeräteprozessor durch den Einsatz von genetischen Optimierungsalgorithmen

Die Minimierung der Verlustleistung in digitalen Signalprozessoren für Hörgeräte ist eine Herausforderung. Die Anforderungen steigen mit jeder neuen Hörgerätegeneration. Der Einsatz von neuen verbesserten Signalverarbeitungs-Algorithmen erfordert mehr Rechenleistung bei nahezu konstanter Verlustleistungsaufnahme, da diese durch die Batterielebensdauer begrenzt ist. Um mehr Rechenleistung pro Watt Verlustleistung zu erreichen, müssen neuartige Ansätze zur Verlustleistungsoptimierung verfolgt werden.

Einer dieser Ansätze, der in dieser Arbeit untersucht werden soll, basiert auf vorläufigen Daten, die zeigen, dass die Auswahl der zur Verfügung stehenden Register zur Compile-Zeit einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtverlustleistung des Hörgeräteprozessors hat. In Hörgeräteprozessoren werden viele Registerzugriffe gleichzeitig ausgeführt, um die Rechenleistung durch parallele Datenverarbeitung zu erhöhen. Die parallele Zugriffsmöglichkeit auf die Register erfordern in der Hardware-Architektur entsprechend viele und große Adressdekoder. Die angesprochene Registerallokation, die Zuordnung welches der vielen Register verwendet wird, bestimmt dabei wie viel Verlustleistung in diesen Adressdekodern entsteht.

Vorläufige Untersuchungen anhand eines Hörgeräteprozessors zeigen, wie groß das Optimierungspotential ist:

In einem Testprogramm, für den in 40nm ASIC Technologie implementierten Hörgeräteprozessor, wird einerseits immer das gleiche Register adressiert und im Vergleich dazu ein zufälliges Register adressiert. Durch die sich ändernde Registeradresse entsteht eine 29 % höhere Gesamtverlustleistung für die zufällige Adressierung, die im folgendem Bild gezeigt ist.

Die Methodik, die in dieser Arbeit verwendet werden soll, beinhaltet die Anwendung von genetischen Optimierungsalgorithmen und Verlustleistungsmodellen, um die Registerspeicherzugriffe in dem Hörgeräteprozessor für aktuelle Algorithmen bezüglich der Verlustleistung zu minimieren.  

Ansprechpartner: Lukas Gerlach