Synthèse de haut niveau et optimisations arithmétiques

À cause de la nature relativement jeune des outils de synthèse de haut-niveau (HLS), de nombreuses optimisations arithmétiques n'y sont pas encore implémentées. Cette thèse propose des optimisations arithmétiques se servant du contexte spécifique dans lequel les opérateurs sont instanciés. Certaines optimisations sont de simples spécialisations d'opérateurs, respectant la sémantique du C. D'autres nécessitent de s'éloigner de cette sémantique pour améliorer le compromis précision/coût/performance. Cette proposition est démontrée sur des sommes de produits de nombres flottants. La somme est réalisée dans un format en virgule-fixe défini par son contexte. Quand trop peu d’informations sont disponibles pour définir ce format en virgule-fixe, une stratégie est de générer un accumulateur couvrant l'intégralité du format flottant. Cette thèse explore plusieurs implémentations d'un tel accumulateur. L'utilisation d'une représentation en complément à deux permet de réduire le chemin critique de la boucle d'accumulation, ainsi que la quantité de ressources utilisées. Un format alternatif aux nombres flottants, appelé posit, propose d'utiliser un encodage à précision variable. De plus, ce format est augmenté par un accumulateur exact. Pour évaluer précisément le coût matériel de ce format, cette thèse présente des architectures d'opérateurs posits, implémentés avec le même degré d'optimisation que celui de l'état de l'art des opérateurs flottants. Une analyse détaillée montre que le coût des opérateurs posits est malgré tout bien plus élevé que celui de leurs équivalents flottants. Enfin, cette thèse présente une couche de compatibilité entre outils de HLS, permettant de viser plusieurs outils avec un seul code. Cette bibliothèque implémente un type d'entiers de taille variable, avec de plus une sémantique strictement typée, ainsi qu'un ensemble d'opérateurs ad-hoc optimisés.High-level synthesis (HLS) tools offer increased productivity regarding FPGA programming. However, due to their relatively young nature, they still lack many arithmetic optimizations. This thesis proposes safe arithmetic optimizations that should always be applied. These optimizations are simple operator specializations, following the C semantic. Other require to a lift the semantic embedded in high-level input program languages, which are inherited from software programming, for an improved accuracy/cost/performance ratio. To demonstrate this claim, the sum-of-product of floating-point numbers is used as a case study. The sum is performed on a fixed-point format, which is tailored to the application, according to the context in which the operator is instantiated. In some cases, there is not enough information about the input data to tailor the fixed-point accumulator. The fall-back strategy used in this thesis is to generate an accumulator covering the entire floating-point range. This thesis explores different strategies for implementing such a large accumulator, including new ones. The use of a 2's complement representation instead of a sign+magnitude is demonstrated to save resources and to reduce the accumulation loop delay. Based on a tapered precision scheme and an exact accumulator, the posit number systems claims to be a candidate to replace the IEEE floating-point format. A throughout analysis of posit operators is performed, using the same level of hardware optimization as state-of-the-art floating-point operators. Their cost remains much higher that their floating-point counterparts in terms of resource usage and performance. Finally, this thesis presents a compatibility layer for HLS tools that allows one code to be deployed on multiple tools. This library implements a strongly typed custom size integer type along side a set of optimized custom operators