Eficiência e custos das técnicas de tolerância a falhas para proteger processadores superescalares de SEEs

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Cardoso, Douglas Maciel
• Orientador(a): Beck Filho, Antonio Carlos Schneider
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Tolerancia : Falhas; Microprocessadores
• Palavras-chave em Inglês: Single event effect; fault injection; OoO superscalar microprocessors
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/201291

Os avanços tecnológicos reduziram as dimensões dos componentes eletrônicos com o objetivo de diminuir o tempo de execução e a energia consumida para realizarem suas funções. Porém, isto os tornou mais sensíveis a efeitos causados por partículas energizadas presentes no meio. Portanto, os processadores superescalares utilizados em aplicações críticas e em ambientes onde estes efeitos podem causar maiores problemas precisam de uma proteção para garantir a confiabilidade destes dispositivos. Em vista disso, esta dissertação de mestrado estuda a eficiência de técnicas de tolerância a falhas implementadas em software em termos de tempo de execução e capacidade de detecção de falhas. A análise está dividida em técnicas para detecção de falhas nos dados e no fluxo de controle e também foi expandida para a proteção seletiva de registradores. Um conjunto de programas, composto por 13 aplicações, foi protegido com 9 técnicas e executado em 3 versões de um processador superescalar. Para avaliar as técnicas, 130 milhões de falhas foram injetadas, distribuídas em 12 estruturas micro-arquiteturais do processador. Para complementar as técnicas de tolerância a falhas em software, a fim de alcançarmos a total proteção do processador, este trabalho propõe avaliar as estruturas ainda vulneráveis para incluir proteção em hardware, através da duplicação destas estruturas e comparação de seus resultados. Com o intuito de minimizar os custos em área e, consequentemente em energia, este trabalho propõe, também, otimizar a aplicação da duplicação em hardware com o auxílio do algoritmo problema da mochila. Os resultados mostram que as técnicas de tolerância a falhas implementadas em software são capazes de reduzir a vulnerabilidade do processador superescalar em até 69%. Porém, as técnicas em software não são capazes de proteger todo o processador e, consequentemente, o uso de técnicas em hardware é obrigatório para atingir a completa proteção do processador superescalar. Através da proteção seletiva é possível explorar o espaço de protejo disponível para balancear consumo de energia, confiabilidade e desempenho. Os experimentos mostraram que, em alguns casos é possível reduzir custos de energia, mantendo os altos níveis de resiliência dos processadores.