An embedded RISC-V core with fast modular multiplication
Hızlı modüler çarpma kabiliyetli gömülü RISC-V işlemci çekirdeği
- Tez No: 652472
- Danışmanlar: PROF. DR. ARDA YURDAKUL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 66
Özet
Nesnelerin İnterneti büyümesini sağlayan en büyük etkenlerden biri ucuz ve yetenekli donanım iken belki de en büyük endişe gizlilik ve güvenliktir. Gizlilik ve güvenlik sağlamak için gereken şifreleme ve kimlik doğrulama, pille çalışan Nesnelerin İnterneti uç düğümlerinin sahip olmadığı büyük güç bütçelerine ihtiyaç duyar. Literatürdeki mevcut donanım hızlandırıcıları belirli iş yükleri için tasarlanmışlardır, bu sebeple gelecekteki güncellemeler için çok az esneklik sağlar veya hiç esneklik sağlamazlar. Özel komut tabanlı çözümler, alan maliyeti olarak daha küçüktür ve uygulanacak yeni yöntem ve algoritmalar için daha fazla esneklik sağlarlar. Özel komutların bir dezavan- tajı, sistemin işlem bitene kadar beklemesi gerekmesidir. İşlem çok uzun sürdüğünde, cihazın gerçek zamanlı olaylara yanıt süresi uzar. Bu çalışmanın amacı modüler çarpma için özel komutla genişletilmiş bir işlemci önermektir. Bu yaklaşımda modüler çarpma, tipik bir durumda, işlemciyi iki saat çevrimi boyunca engelleyebilir. RV32EC komut se- tini temel aldığımız ve Verilog ile geliştirdiğimiz tasarımımız, Eliptik Eğri Kriptografisi (ECC) alanındaki güncel şifreleme algoritmaları üzerinde denenmiştir. 128 bit modüler çarpma içeren uygulamaya özel tümdevre (ASIC) tasarımında 136 MHz saat hızına ve alanda programlanabilir kapı dizileri (FPGA) üzerinde 81 MHz saat hızına ulaştık. Yazılımsal çözüme kıyasla çeşitli kriptografik eğrilerde on üç kata kadar hız artışı elde ederken, temel mimarimiz üzerinde ortalama % 41 alan artışı ile toplam güç tüketimini % 95'e kadar azaltmayı başardık.
Özet (Çeviri)
While one of the biggest enabling factors of Internet of Things growth is cheap and capable hardware, maybe the biggest concern is privacy and security. Encryption and authentication need big power budgets, which battery-operated IoT end-nodes do not have. Hardware accelerators designed for specific cryptographic operations provide little to no flexibility for future updates. Custom instruction solutions are smaller in area and provide more flexibility for new methods to be implemented. One drawback of custom instructions is that the processor has to wait for the operation to finish. Eventually, the response time of the device to real-time events gets longer. In this work, we propose a processor with an extended custom instruction for modular multiplication, which blocks the processor, typically, two cycles for any size of modular multiplication. We adopted embedded and compressed extensions of RISC-V for our proof-of-concept CPU. Our design is benchmarked on recent cryptographic algorithms in the field of elliptic-curve cryptography. Our CPU with 128-bit modular multiplication operates at 136MHz on ASIC and 81MHz on FPGA. It achieves up to 13x speed up over software implementations while reducing overall power consumption by up to 95% with 41% average area overhead over our base architecture.
Benzer Tezler
- An FPGA implementation of a RISC-V based SOC system with custom instruction set for image processing applications
Görüntü işleme uygulamaları için özel komut setine sahip RISC-V tabanlı bir SOC sısteminin FPGA gerçeklemesi
ERFAN GHOLIZADEHAZARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- Cycle-accurate functional simulation of Risc-V processors for embedded applications: Timing model construction, validation and performance evaluation
Gömülü uygulamalar için Risc-V işlemcilerin döngü açısından doğru işlevsel simülasyonu: Zamanlama modeli oluşturma, doğrulama ve performans değerlendirmesi
UTKUCAN DOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENAN ECE SCHMİDT
- Instruction extension of RV32i and GCC back end for ascon lightweight cryptography algortihm
RISC-V komut seti mimarsi ve GNU derleyici koleksiyonunun ASCON şifreleme algoritması için genişletilmesi
ÖZLEM ALTINAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- Approximate processor design with Risc-V isa
Rısc-V komut kümesi mimarisiyle yaklaşık işlemci tasarımı
İBRAHİM TAŞTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA
PROF. DR. ARDA YURDAKUL
- Bloom filtre tabanlı bellek uygulamaları ile gömülü sistemlerde ve işlemcilerde etkinleştirilmiş Truva atının belirlenmesi
Detecting an activated Trojan horse in embedded systems and processors with Bloom filter-based memory applications
ALPEREN BOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ ERGİN