[发明专利]面向GPU数据传输的低能耗分组编码方法

说明书

为降低自DRAM到GPU的数据传输能耗，克服现有技术的不足，本发明提供一种面向GPU数据传输的低能耗分组编码方法。本发明按二进制数0000～1111中的逻辑值1数量，将原始数据按4bit为基本单位划分为不同的分组，统计每个分组中的基本单元数量，并根据不同分组的数量及关系，采用分组值替换编码方法，进一步降低传输数据中逻辑值1的数量，达到降低传输能耗的目的。本发明方法简单，编码涉及的计算量少，代价低；相比于已有的技术，本发明更有利于挖掘原始数据中的能耗优化空间，进一步减少原始数据中逻辑值1的数量，最大限度地降低数据传输能耗。

技术领域

本发明涉及一种由DRAM往GPU发送数据的分组编码方法，目的是降低数据传输能耗。

背景技术

大数据背景下，为应对各种应用对算力的需求，GPU逐渐成为计算机系统中最主要的计算单元。为支持GPU的高速计算，DRAM要保持高带宽的数据传输，比如GDDR5X DRAM接口要提供高达14Gbps的带宽，导致DRAM与GPU之间的数据传输能耗持续增加，并且增加的幅度远大于传输数据带宽的增加幅度。

当前的DRAM与GPU数据传输接口，在电源与传输通道之间设有连接电阻。当传输通道为低电压时，静态电流由电源流经电阻，产生大量的静态能耗；当传输通道为高电压时，无静态电流，因此无静态能耗。传输通道的高低电压，分别代表不同的传输数据值：高电压代表逻辑值0，而低电压代表逻辑值1。因此传输数据中逻辑值1数量较多时，意味着低电压出现频繁，消耗的静态能耗大。要降低静态电流导致的静态能耗，就要减少传输数据中逻辑值1的数量。

DRAM与GPU采用并行数据线传输数据，线宽为32bit，数据块大小为32Bytes，合计256bits，意味着每个数据块需要8次传输，才能将数据块发送完毕。传统的动态反转编码技术统计32bit中逻辑值0与1的比例，如果其中1的占比较大，则反转整个传输数据，将原值为1的逻辑值变换为0，原值为0的逻辑值变换为1，由此降低逻辑值1的数据传输量。接收端收到后，再进行一次反转，即可恢复原始数据。如果原始数据中1的占比大，则不进行反转操作，就按原始数据传输。传统的动态反转编码技术存在诸多不足，每次反转收益有限；另外大多数情况下，原始传输数据中0和1值数量接近，动态反转编码作用有限。

发明内容

本发明的目的是降低自DRAM往GPU的数据传输能耗，克服现有技术的不足，提出一种面向GPU数据传输的低能耗分组编码方式。本发明按二进制数0000～1111中的逻辑值1数量，将原始数据按4bit为基本单位划分为不同的分组，统计每个分组中的基本单元数量，并根据不同分组的数量及关系，采用分组值替换编码方法，进一步降低传输数据中逻辑值1的数量，达到降低传输能耗的目的。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：面向GPU数据传输的低能耗分组编码方法，其特征在于如下步骤：

将0000到1111的16个连续的4位二进制数划分为A、B、C和D四组；每组的数据按从小到大排序；A组包含0000，0001，0010和0100，其中逻辑值1数量共计为3；B组包含1000，0011，0101和0111，其中逻辑值1数量共计为8；C组包含0110，1001，1010和1100，其中逻辑值1的数量共计为8；D组包含1011，1101，1110和1111，其中逻辑值1的数量共计为13。

传输数据的基本大小为32Bytes，按每4个连续bit从低位到高位划分为64个基本单元，每个单元的值落在0000至1111之间，A、B、C和D每个分组中的基本单元已知，按序统计落在每个分组中的单元数量为n_A、n_B、n_C和n_D，满足64＝n_A+n_B+n_C+n_D。

根据n_A、n_B、n_C和n_D的大小，进行值替换的基本步骤包括：