Autor: Talita Alves Borges (Currículo Lattes)
Resumo
Atualmente, existem muitas aplicações que demandam um projeto de circuitos integrados que otimize a eficiência energética. Nesse âmbito, arquiteturas configuráveis tornaram-se alternativas para atender, dinamicamente, aos requisitos de qualidade e energia para o processamento de imagens e vídeo. O conceito de computação aproximada emergiu como técnica promissora para obter melhorias substanciais em desempenho e eficiência energética para uma variedade de dispositivos eletrônicos. Este trabalho propõe uma exploração a nível de circuito como técnica de computação aproximada aplicada a um acelerador de filtro gaussiano 2D, com a finalidade de investigar o trade-off entre qualidade e eficiência energética. Os principais objetivos são: i) realizar uma exploração do espaço de projeto através da redução na largura de bits do filtro Gaussiano 2D, ii) analisar o impacto da computação aproximada em termos de qualidade para o processamento digital de imagens, iii) desenvolver arquiteturas aproximadas para o filtro gaussiano 2D com aproximação definida em tempo de projeto, iv) projetar aceleradores de hardware do filtro gaussiano 2D configurável em tempo de execução e, v) observar o comportamento em um conjunto de imagens ao se remover o sinal de controle de reset, a fim de analisar a degradação da qualidade, magnitude de erro, assim como a possibilidade de redução do número de ciclos durante uma nova configuração do filtro. Todos os circuitos projetados foram sintetizados para implementação de Circuitos Integrados de Aplicação Específica (ASIC), para a tecnologia ST de 65 nm. Para a arquitetura definida em tempo de projeto, a redução de energia por operação observada variou de 13,18% até 67,88%. Na arquitetura configurável em tempo de execução, os resultados de energia apresentam reduções que variam de 9,87% até 59% em relação, aos resultados da arquitetura definida em tempo de projeto. Os componentes adicionais de hardware referentes à técnica de clock gating investigada para o controle de configurabilidade implicaram em um overhead de 15% de aumento da área do circuito. A análise dinâmica da qualidade do filtro gaussiano 2D, considerando um conjunto de imagens com adição de ruído, atingiu um PSNR variando de 27,5 dB a 51,2 dB, no qual níveis mais baixos e mais altos estão relacionados às configurações aproximadas de 3 e 7 bits, respectivamente. A remoção do sinal de controle de reset apresenta vantagens nos níveis de PSNR, além de permitir reduções no projeto da lógica de controle para reconfigurações.