Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Applying Memoization as an Approximate Computing Method for Transiently Powered Systems
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Tillämpa Memoization i en Ungefärlig Beräkningsmetod för Transientdrivna System (Swedish)
Abstract [en]

Internet of Things (IoT) is becoming a more and more prevailing technology, as it not only makes the routine of our life easier, but it also helps industry and enteprise become more efficient. The high potential of IoT can also help support our own population on Earth, through precision agriculture, smart transportation, smart city and so on. It is therefore important that IoT is made scalable in a sustainable manner, in order to secure our own future as well.The current work is concerning transiently powered systems (TPS), which are embedded systems that use energy harvesting as their only power source. In their basic form, TPS suffer frequent reboots due to unreliable availability of energy from the environment. Initially, the throughput of such systems are therefore lower than their battery-enabled counterparts. To improve this, TPS involve checkpointing of RAM and processor state to non-volatile memory, as to keep computation progress saved throughout power loss intervals.The aim of this project is to lower the number of checkpoints necessary during an application run on a TPS in the generic case, by using approximate computing. The energy need of TPS is lowered using approximations, meaning more results are coming through when the system is working between power loss periods. For this study, the memoization technique is implemented in the form of a hash table. The Kalman filter is taken as the testing application of choice, to run on the Microchip SAM-L11 embedded platform.The memoization technique manages to yield an improvement for the Kalman application considered, versus the initial baseline version of the program. A user is allowed to ”balance” between more energy savings but more inaccurate results or the opposite, by adjusting a ”quality knob” variable epsilon ϵ.For example, for an epsilon ϵ = 0.7, the improvement is of 32% fewer checkpoints needed than for the baseline version, with the output deviating by 42% on average and 71% at its maximum point.The proof of concept has been made, being that approximate computing can indeed improve the throughput of TPS and make them more feasiable. It is pointed out however that only one single application type was tested, with a certain input trace. The hash table method implemented can behave differently depending on what application and/or data it is working with. It is therefore suggested that a pre-analysis of the specific dataset and application can be done at design time, in order to check feasiability of applying approximations for the certain case considered.

Abstract [sv]

Internet of Things (IoT) håller på att bli en mer och mer utbredd teknik, eftersom det inte bara underlättar rutiner i vårt liv, utan det hjälper också industrin och företag att bli effektivare. Den höga potentialen med IoT kan också hjälpa till att ge stöd åt vår egen befolkning på jorden, genom precisionslantbruk, smart transport, smarta städer och mer. Det är därför viktigt att IoT görs skalbart på ett hållbart sätt för att säkra vår egen framtid.Det nuvarande arbetet handlar om transientdrivna system (TPS), vilket är inbäddade system som använder energiskörning som sin enda kraftkälla. I sin grundform har TPS ofta återställningar på grund av opålitlig tillgång till energi från miljön. Ursprungligen är därför sådana systems genomströmning lägre än deras batteriaktiverade motsvarigheter. För att förbättra detta använder TPS kontrollpunkter i RAM och processortillstånd till icke-flyktigt minne, för att hålla beräkningsförloppet sparat under strömförlustintervaller.Syftet med detta projekt är att sänka antalet kontrollpunkter som krävs under en applikationskörning på en TPS i ett generiskt fall, genom att använda ungefärlig datorberäkning. Energibehovet för TPS sänks med ungefärliga belopp, vilket innebär att fler resultat kommer när systemet arbetar mellan strömförlustperioder. För denna studie implementeras memoiseringstekniken i form av en hashtabell. Kalman-filtret tas som testapplikation för att köra på Microchip SAM-L11 inbäddad plattform.Memoization-tekniken lyckas ge en förbättring för Kalman-applikationen som beaktades, jämfört med den ursprungliga baslinjeversionen av programmet. En användare får ”balansera” mellan mer energibesparingar men mer felaktiga resultat eller motsatsen genom att justera en ”kvalitetsrat”-variabel epsilon ϵ. Till exempel, för en epsilon ϵ = 0.7, är förbättringen 32% färre kontrollpunkter som behövs än för baslinjeversionen, med en utdata avvikelse med 42% i genomsnitt och 71% vid sin högsta punkt.Beviset på konceptet har gjorts, att ungefärlig databeräkning verkligen kan förbättra genomströmning av TPS och göra dem mer genomförbara. Det påpekas dock att endast en enda applikationstyp testades, med ett visst inmatningsspår. Den implementerade hashtabellmetoden kan bete sig annorlunda beroende på vilken applikation och/eller data den arbetar med. Det föreslås därför att en föranalys av det specifika datasättet och applikationen kan göras vid designtidpunkten för att kontrollera genomförbarheten av att tillämpa ungefärliga belopp för det aktuella fallet.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 77
Series
TRITA-EECS-EX ; 2019:259
Keywords [en]
memoization, approximate computing, intermittent computing, energy harvesting, embedded systems, internet of things
Keywords [sv]
memoization, approximativ databehandling, intermittent databehandling, energi skördar, inbäddade system, sakernas internet
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-256065OAI: oai:DiVA.org:kth-256065DiVA, id: diva2:1343695
External cooperation
RISE Research Institiutes of Sweden
Examiners
Available from: 2019-08-19 Created: 2019-08-19 Last updated: 2019-08-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3598 kB)11 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3598 kBChecksum SHA-512
cb5739b2233d9fd022a21950e0dfc57c9070ab99273f5beac4c6963d6dfa202a22e12bcbddaa3366faf0b7249e7ec1366c5b7328a9deb07fe58994a11ee5d169
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Computer and Information Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 11 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 52 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf