本文關(guān)鍵詞：基于訪存行為特征的片上多核系統(tǒng)功耗管控研究

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【摘要】：隨著集成電路工藝的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,片上多核處理器正逐步取代傳統(tǒng)的單核處理器成為未來的主流。然而由于芯片集成度的提高,芯片的功耗密度也越來越大,功耗問題已經(jīng)成為制約高性能處理器進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。功耗過高不僅帶來了巨大的能源浪費(fèi),同時(shí)由功耗引起的溫度升高對系統(tǒng)可靠性帶來巨大威脅,因此有效的功耗管控對于優(yōu)化系統(tǒng)功耗,保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。此外,應(yīng)用的多樣性對片上多核系統(tǒng)中的功耗管控提出了不同的要求,如何滿足應(yīng)用的性能約束優(yōu)化系統(tǒng)功耗以及滿足系統(tǒng)的功耗約束優(yōu)化應(yīng)用的性能成為本文的兩大研究點(diǎn)。動(dòng)態(tài)電壓頻率縮放(DVFS)技術(shù)是一種有效的功耗管控手段,本文在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)之上,通過分析并行程序運(yùn)行時(shí)的訪存特征,提出了一種模塊化的功耗管控方案,將整個(gè)片上多核系統(tǒng)分為了處理單元模塊和互連/存儲模塊,并在建立的性能模型基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)了一種DVFS算法,該算法可以在滿足程序性能約束的前提下,降低系統(tǒng)中非關(guān)鍵模塊的電壓頻率以優(yōu)化系統(tǒng)功耗。此外,為了滿足系統(tǒng)的功耗約束,本文利用經(jīng)典的閉環(huán)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對功耗的實(shí)時(shí)控制功能。最后,為了驗(yàn)證提出的功耗管控方案的有效性,本文通過軟件仿真器對該方案進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,同時(shí)也和現(xiàn)有的其他方案進(jìn)行了對比。仿真結(jié)果表明,本文提出的CO_DVFS方案可以在對系統(tǒng)造成5%的性能損失條件下,降低系統(tǒng)41.9%的功耗,相比PB_DVFS方案進(jìn)一步降低了9.5%的功耗。同時(shí)該方案還可以通過設(shè)置不同的性能損失參數(shù)以獲得不同程度的功耗節(jié)省比例。此外,當(dāng)系統(tǒng)功耗約束分別為60W、40W和20W時(shí),該方案相比MaxBIPS方案可以提高3.7%、2.2%和2.0%的性能。
【關(guān)鍵詞】：片上多核系統(tǒng) 功耗管控 動(dòng)態(tài)電壓頻率縮放 訪存特征
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 縮略詞表12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 性能約束下的功耗優(yōu)化研究15-16
• 1.2.2 功耗約束下的性能優(yōu)化研究16-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)17-19
• 第二章 片上多核系統(tǒng)概述19-35
• 2.1 片上多核系統(tǒng)的發(fā)展歷程19-26
• 2.1.1 多核處理器的起源19-21
• 2.1.2 核間互連設(shè)計(jì)21-23
• 2.1.3 存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-24
• 2.1.4 典型多核架構(gòu)24-26
• 2.2 片上多核系統(tǒng)中的功耗成因26-30
• 2.2.1 集成電路功耗來源26-28
• 2.2.2 多核系統(tǒng)功耗組成28-30
• 2.3 片上多核系統(tǒng)中的功耗管控30-34
• 2.3.1 功耗管控技術(shù)30-32
• 2.3.2 DVFS基本原理32
• 2.3.3 基于訪存行為的DVFS算法研究32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 并行程序訪存行為特征研究35-48
• 3.1 多核系統(tǒng)中的并行編程方法35-38
• 3.1.1 典型并行編程模型35-37
• 3.1.2 Pthreads數(shù)據(jù)并行編程37-38
• 3.2 并行程序訪存行為分析38-43
• 3.2.1 層次化Cache結(jié)構(gòu)下的訪存行為分析38-40
• 3.2.2 分布式Cache結(jié)構(gòu)下的訪存行為分析40-43
• 3.3 并行程序訪存行為的時(shí)空特征43-47
• 3.3.1 時(shí)間分布特征43-44
• 3.3.2 空間分布特征44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 系統(tǒng)級功耗管控方案設(shè)計(jì)48-65
• 4.1 功耗管控方案整體設(shè)計(jì)48-52
• 4.1.1 設(shè)計(jì)需求48-49
• 4.1.2 技術(shù)路線49-51
• 4.1.3 整體框架51-52
• 4.2 基于訪存行為的程序性能建模52-58
• 4.2.1 程序性能模型52-54
• 4.2.2 模型參數(shù)獲取54-56
• 4.2.3 模型驗(yàn)證56-58
• 4.3 功耗管控方案核心模塊設(shè)計(jì)58-63
• 4.3.1 參數(shù)預(yù)測模塊58-59
• 4.3.2 DVFS算法模塊59-62
• 4.3.3 PID調(diào)節(jié)模塊62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 第五章 功耗管控方案的仿真實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析65-78
• 5.1 仿真平臺搭建65-70
• 5.1.1 軟件模擬器65-66
• 5.1.2 功耗評估工具66-67
• 5.1.3 測試用例67-68
• 5.1.4 平臺架構(gòu)和配置68-70
• 5.2 仿真結(jié)果分析70-77
• 5.2.1 性能約束模式下的結(jié)果分析70-74
• 5.2.2 功耗約束模式下的結(jié)果分析74-77
• 5.3 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 工作總結(jié)78
• 6.2 研究展望78-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 個(gè)人簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果85-86

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 宋飛;姚信安;胡世平;;超級計(jì)算中心供電系統(tǒng)探討[J];計(jì)算機(jī)工程與科學(xué);2013年12期

2 楊良懷;朱紅燕;;整機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率剖析與建模[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2014年09期

3 王海;高嶺;宋振孝;戴小平;盧怡杰;;基于GINI指數(shù)分類的嵌入式CPU功耗預(yù)測方法[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2015年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 董勇;大規(guī)模并行計(jì)算系統(tǒng)軟件低功耗關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

2 劉勇鵬;大規(guī)模高效能計(jì)算的系統(tǒng)軟件關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 雷強(qiáng);高性能計(jì)算機(jī)功耗管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

2 羅兆成;面向高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)研究與能耗優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

3 黃金禮;高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能耗管理技術(shù)方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

4 朱紅燕;功率感知DBMS的實(shí)時(shí)功率建模與控制[D];浙江工業(yè)大學(xué);2014年

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本文編號：913564