本文關(guān)鍵詞：片上多核系統(tǒng)能效及可靠性優(yōu)化方法研究

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【摘要】：隨著集成電路工藝的進(jìn)步以及計算機(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,芯片的能效和可靠性成為阻礙其繼續(xù)發(fā)展的兩大問題。一方面隨著工藝尺寸的所見和電路規(guī)模的擴(kuò)大,芯片上產(chǎn)生物理失效的概率也越來越大,這將使系統(tǒng)可靠性的急劇下降從而導(dǎo)致運(yùn)行中出現(xiàn)大量錯誤。這些錯誤不但會帶來很大的安全隱患,也會導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果無效而造成額外的能量消耗。另一方面隨著集成電路工藝的進(jìn)步,芯片的功耗密度也持續(xù)增加。功耗過高不僅帶來了巨大的能源浪費(fèi),同時由功耗密度增加引起的溫度升高引起的老化、熱噪聲等問題對系統(tǒng)可靠性帶來巨大威脅。由此可見這兩大問題之間是存在緊密的聯(lián)系,通過優(yōu)化其中一項也將使另外一項得到一定程度的改善。因此本文針對如何提高片上多核系統(tǒng)能效與可靠性這兩大問題,著重從四個關(guān)鍵點展開了研究。本文的主要工作如下：1.對基于共享內(nèi)存機(jī)制的片上多核系統(tǒng)能效優(yōu)化加以研究,提出了一種基于訪存延遲模型和DVFS技術(shù)的功耗管控方法。該方法通過預(yù)先設(shè)定的模型與功耗管控規(guī)則直接求解出處理器核心和非核單元的電壓/頻率,因而實現(xiàn)相對簡單高效。與對比方案相比該方法的控制精度更高,系統(tǒng)在運(yùn)行過程中消耗的能量進(jìn)一步降低了6.8%-7.9%。該方法為優(yōu)化片上多處理器系統(tǒng)能效提供了一種更有效的選擇。2.對以通信為中心的片上多核系統(tǒng)中動態(tài)映射算法對能效的影響加以分析和研究,經(jīng)典映射算法CoNA的基礎(chǔ)上提出了一種帶權(quán)重的改進(jìn)型動態(tài)映射算法。該算法在任務(wù)映射過程中充分考慮了不同任務(wù)之間通信量大小對傳輸延遲和能耗帶來的影響。采用該算法實現(xiàn)任務(wù)的動態(tài)映射比采用經(jīng)典的CoNA算法平均數(shù)據(jù)傳輸延遲降低了2到4個時鐘周期,所消耗的總能量下降了2.47%-8.30%。3.提出了一種非阻塞式片上網(wǎng)絡(luò)在線測試方法,使得多核系統(tǒng)不必在因為片上的實時測試而被阻斷數(shù)據(jù)傳輸造成系統(tǒng)能效降低。該方法在基本不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行前提下為片上多核系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的在線實時測試提供一種可行的解決方案,可以在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中及時捕捉瞬時或間歇性故障。從而為后續(xù)及時糾正錯誤避免以災(zāi)難性后果提供了基礎(chǔ),也提升系統(tǒng)可靠性提供了基本保障。4.針對各種片上網(wǎng)絡(luò)故障中“轉(zhuǎn)彎錯誤”這一相對研究較少卻容易造成系統(tǒng)災(zāi)難性錯誤的故障類型加以研究。在分析“轉(zhuǎn)彎錯誤”成因的基礎(chǔ)上,利用片上網(wǎng)絡(luò)自身的空間冗余和片上網(wǎng)絡(luò)路由算法的自適應(yīng)性提升了系統(tǒng)對臨時幽間歇性“轉(zhuǎn)彎錯誤”的容忍程度。采用這一容錯方法后數(shù)據(jù)包的達(dá)到率相比于基于DyXY路由方法有明顯的提升。該方法不但有效的提升了多核系統(tǒng)的可靠性,也降低了數(shù)據(jù)重傳所帶來的額外功耗。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN47

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