Original title: Design of RISC-V Architecture Instruction Set Extension for MPC Acceleration
Translated title: Design of RISC-V Architecture Instruction Set Extension for MPC Acceleration
Authors: Krasovskyi, Oleh ; Jaroš, Jiří (referee) ; Šimek, Václav (advisor)
Document type: Bachelor's theses
Year: 2026
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract: [eng] [cze]
Tato práce se zabývá zrychlením softwaru pro Model Predictive Control (MPC) vyvíjeného v rámci projektu ISOLDE podporovaného EU prostřednictvím návrhu vlastního rozšíření instrukční sady (ISA) pro maticové operace na RISC-V. Studie analyzuje výpočetní problém MPC, hodnotí používaný solver a představuje rozšíření ISA navržené pro zvýšení jeho výkonu. Rozšíření bylo implementováno v jazyce CodAL, architektonickém návrhovém jazyce společnosti Codasip s.r.o., a využito k vytvoření instruction-accurate (IA) modelu. Testy ukazují optimalizaci až 98,8\% u vybraných lineárně-algebraických rutin (pro rutinu \textbf{sgemm} bylo naměřeno 98,8\% zlepšení) a odhadované zvýšení výkonu standardních benchmarků volveru o 16–34\%. Přesto je třeba výsledky IA modelu validovat prostřednictvím cycle-accurate (CA) modelu. Práce rovněž naznačuje možné směry dalšího rozvoje maticového rozšíření a souvisejících architektonických optimalizací. This thesis presents the acceleration of Model Predictive Control (MPC) software, developed within the EU-sponsored ISOLDE project, through the design of a custom attached facility matrix instruction set architecture (ISA) extension for RISC-V. The study examines the MPC computational problem, analyzes the solver deployed in the ISOLDE project, and introduces an ISA extension specifically tailored to improve its performance. The extension was implemented in CodAL, an architecture design language developed by Codasip s.r.o., and used to develop an instruction-accurate (IA) model. Evaluation results demonstrate an optimization level of up to 98.8\% for several linear algebra routines (98.8\% improvement was measured for a specific use case of the \textbf{sgemm} routine) and a projected performance improvement of the solver of 16–34\% on standard benchmarks. Despite these gains, the findings highlight the need to validate IA model results through the development of a cycle-accurate (CA) model. The thesis also discusses potential directions for future development of the matrix extension and related architectural optimizations.
Keywords: BLAS; BLASFEO; maticové instrukce; MPC; RISC-V; rozšíření RISC-V ISA; zrychlení MPC; BLAS; BLASFEO; matrix instructions; MPC; MPC acceleration; RISC-V; RISC-V ISA extension

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/258865

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-776991


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Bachelor's theses