Análise de desempenho de Pipeline em processadores RISC-V implementados em FPGA

dc.contributor.advisor1Menotti, Ricardo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2509766431540422
dc.contributor.authorMartins, Thiago
dc.date.accessioned2025-04-09T18:01:07Z
dc.date.issued2025-02-20
dc.description.abstractIn the current hardware development scenario, there are several types of processors on the market, each with specific configurations that meet different performance, power consumption and complexity needs. The RISC-V architecture emerges as a modular and flexible solution, allowing the adaptation of the number of pipeline stages and the inclusion of optimizations according to the desired application. This work analyzes the impact of different pipeline configurations and optimizations, such as bypass and early branch, on performance, power consumption and logical resource use in VexRiscv-based processors, a highly configurable implementation of the RISC-V architecture. Processors with two, three and four stages of pipeline were evaluated, considering operations with and without multiplication. The results show that processors with more stages, offer higher performance when they are active optimizations, but with a significant increase in energy consumption and resource use. Three-stage processors have an ideal balance between performance and power consumption, while two-stage processors stand out for simplicity and lower power consumption but with reduced performance. The activation of bypass and early branch has been shown to significantly improve performance, especially in complex operations such as multiplication, but with an additional cost in terms of energy consumption and resources. The analysis also revealed that the inclusion of multiplication increases energy and resource consumption, but pipeline optimizations offset this increase by improving processor efficiency. This study reinforces the importance of understanding these trade-offs to optimize the performance and efficiency of embedded systems and high performance, highlighting the versatility of RISC-architectureV and the VexRiscv core as powerful tools for custom hardware development.eng
dc.description.resumoNo cenário atual de desenvolvimento de hardware, existem diversos tipos de processadores no mercado, cada um com configurações específicas que atendem a diferentes necessidades de desempenho, consumo de energia e complexidade. A arquitetura RISC-V surge como uma solução modular e flexível, permitindo a adaptação do número de estágios de pipeline e a inclusão de otimizações conforme a aplicação desejada. Este trabalho analisa o impacto de diferentes configurações de pipeline e otimizações, como bypass e early branch, no desempenho, consumo de energia e uso de recursos lógicos em processadores baseados no núcleo VexRiscv, uma implementação altamente configurável da arquitetura RISC-V. Foram avaliados processadores com dois, três e quatro estágios de pipeline, considerando operações com e sem multiplicação em hardware. Os resultados mostram que processadores com mais estágios oferecem maior desempenho quando estão com otimizações ativas, mas com um aumento significativo no consumo de energia e uso de recursos. Processadores de três estágios apresentam um equilíbrio ideal entre desempenho e consumo, enquanto os de dois estágios destacam-se pela simplicidade e baixo consumo de energia, mas com desempenho reduzido. A ativação do bypass e do early branch demonstrou melhorar significativamente o desempenho, especialmente em operações complexas como multiplicação, mas com um custo adicional em termos de consumo de energia e recursos. A análise também revelou que a inclusão da multiplicação em hardware eleva o consumo de energia e recursos, mas as otimizações de pipeline compensam esse aumento ao melhorar a eficiência do processador. Este estudo destaca a importância de equilibrar desempenho e eficiência energética em sistemas embarcados e de alta performance, destacando a versatilidade da arquitetura RISC-V e do núcleo VexRiscv como ferramentas poderosas para o desenvolvimento de hardware personalizado.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationMARTINS, Thiago. Análise de desempenho de Pipeline em processadores RISC-V implementados em FPGA. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21853.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/21853
dc.identifier.urlhttps://github.com/thiago0003/TCC_RISC_V
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia de Computação - EC
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
dc.subjectRISCVeng
dc.subjectFPGAeng
dc.subjectProcessadorespor
dc.subjectPipelineeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO
dc.titleAnálise de desempenho de Pipeline em processadores RISC-V implementados em FPGApor
dc.title.alternativePipeline performance analysis in RISC-V processors implemented on FPGAeng
dc.typeTCC

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