【摘要】：隨著應(yīng)用性能需求的不斷增長和芯片集成度的提高,眾核系統(tǒng)被廣泛用于服務(wù)器,數(shù)據(jù)中心,集群等系統(tǒng),以提供高吞吐率的計(jì)算服務(wù)。在眾核系統(tǒng)上進(jìn)行任務(wù)映射是指為應(yīng)用挑選執(zhí)行指令的核。任務(wù)映射過程對(duì)系統(tǒng)性能有關(guān)鍵影響,該方向的研究素來是眾核系統(tǒng)研究的熱門方向。由于芯片集成度的提高,芯片的功率密度相應(yīng)增大。溫度約束成為眾核系統(tǒng)研究的重要約束。如何在不違反溫度約束的前提下進(jìn)行任務(wù)映射和功率分配使得系統(tǒng)性能最優(yōu)成為重要的研究方向。在服務(wù)器等實(shí)時(shí)響應(yīng)眾核系統(tǒng)中常有核利用率低于100%的情況出現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中,可以通過在功率較大的核周圍放置關(guān)閉的核來降低功率密度。針對(duì)此類系統(tǒng),如何在溫度約束下為應(yīng)用合理分配這些關(guān)閉的核以提升系統(tǒng)性能成為了挑戰(zhàn)。此外,三維集成眾核系統(tǒng)因其具有更高的集成度逐漸成為眾核芯片的發(fā)展趨勢(shì)。然而高集成度導(dǎo)致三維集成眾核系統(tǒng)上的溫度問題更加突出。與二維眾核系統(tǒng)相比,三維集成眾核系統(tǒng)具有以下特性:1)垂直方向的鏈路具有更高的通信帶寬;2)由于距離散熱器距離不同,系統(tǒng)每一層的功率密度不同,靠近散熱器的層散熱更快,可以調(diào)頻到更高的頻率。因此,對(duì)于通信密集型的應(yīng)用,應(yīng)當(dāng)充分利用特性1,為其分配更多的TSV垂直鏈路,可以有效縮短任務(wù)間通信距離,減少任務(wù)間通信時(shí)間。對(duì)于計(jì)算密集型的應(yīng)用,應(yīng)當(dāng)充分利用特性2,分配更多靠近散熱器的核,可以提高核的工作頻率,減少任務(wù)的計(jì)算時(shí)間。本文觀察到,應(yīng)用具有不同的性能需求。部分應(yīng)用的通信需求較大,而另一部分應(yīng)用的計(jì)算需求較大。基于此,為了應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn),本文進(jìn)行了以下研究:1)針對(duì)核利用率常低于100%的眾核系統(tǒng),提出了一個(gè)在溫度約束下為不同資源需求的應(yīng)用分配核資源的任務(wù)映射算法,以優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量。實(shí)驗(yàn)表明,與兩種現(xiàn)有的實(shí)時(shí)資源管理方法相比,本文算法可以將系統(tǒng)吞吐量提高多達(dá)50%,有效地提高了眾核系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)用的吞吐率。2)針對(duì)采用硅通孔技術(shù)的三維集成眾核系統(tǒng),本文提出了一個(gè)使用尋找最優(yōu)應(yīng)用映射區(qū)域來滿足其通信或計(jì)算需求的任務(wù)映射算法。實(shí)驗(yàn)表明,與兩種現(xiàn)有的針對(duì)三維集成眾核系統(tǒng)任務(wù)映射算法相比,本文提出的算法可以將應(yīng)用運(yùn)行時(shí)間減少48%,有效地減少了三維集成眾核系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)用的時(shí)間。3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)任務(wù)映射可視化工具,以幫助算法設(shè)計(jì)人員進(jìn)行任務(wù)映射算法的驗(yàn)證、優(yōu)化和選擇。
【圖文】：

2.2.1 眾核系統(tǒng)片上網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖 2-1 眾核系統(tǒng)片上網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型圖2-1（a）是眾核系統(tǒng)網(wǎng)格 (Mesh) 架構(gòu)模型，其中的矩形塊表示真實(shí)芯片中的單核，核間相連的線來表示通信鏈路。片上網(wǎng)絡(luò)是指在眾核系統(tǒng)核間通信的片上通信網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)核有自己的執(zhí)行速度和溫度，都可以跟相鄰的核進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在該眾核系統(tǒng)模型上每個(gè)單核包含一個(gè)路由器和一個(gè)處理單元如圖2-1（b）所示，每個(gè)核的路由器跟相鄰的核都有數(shù)據(jù)交換的端口。每個(gè)單核都可以跟前后左右四個(gè)核進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，加上與自身處理單元傳輸數(shù)據(jù)的端口，一共有五個(gè)端口。三維集成眾核系統(tǒng)的片上網(wǎng)絡(luò)上的單核增加上下兩個(gè)端口，，共七個(gè)端口。2.2.2 單核最高功率模型本文定義單核的最高功率為

最高功率模型中的非零系數(shù)對(duì)應(yīng)的核
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN47

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本文編號(hào)：2621329