RISCV密码专用处理器能效概率模型与体系结构研究

作者：李伟^*; 别梦妮; 陈韬; 吴艾青; 南龙梅

来源：电子与信息学报, 2021, 43(06): 1541-1549.

• 密码处理器
• 机器学习
• 能效概率模型
• 高能效

该文以高能效为目标,建立了密码专用处理器能效概率模型,并指导高能效密码专用处理器体系结构设计。该文将面向密码领域的专用指令处理器设计空间探索问题描述为"1"值在配置矩阵中的定位问题,通过引入概率矩阵进一步将定位问题转化为最优配置的概率问题,并基于机器学习思想提出了密码专用处理器最高能效概率模型。实验证明,该文提出的能效概率模型平均经过2300次迭代输出最终结果,且预测准确率达到92.7%。根据最高能效概率模型,对密码专用处理器设计空间进行探索,获取满足高能效需求的密码专用处理器运算单元集合,以扩展指令的方式将其集成到开源通用64位RISCV处理器核心Araine中,提出高能效密码专用处理器体系结构。将该处理器在CMOS 55 nm工艺下进行逻辑综合,结果表明,该文提出的RISCV密码专用处理器与扩展前相比面积增大了426874 mm2,关键延迟增加了0.51 ns,完成密码算法总时间面积积增幅之和为0.46,执行常见密码算法能效比在1.61～35.16 Mbps/mW范围内。

• 单位
  复旦大学; 专用集成电路与系统国家重点实验室; 中国人民解放军信息工程大学