基于指令部件結(jié)構(gòu)自適應(yīng)的多核溫度管理技術(shù).pdf

1、集成電路的飛速發(fā)展使得單芯片上晶體管密度和工作頻率變得越來越高，而多核技術(shù)的快速發(fā)展使得單芯片上集成的核的數(shù)目日益增多，導(dǎo)致芯片面臨著嚴(yán)峻的功耗和熱量耗散的挑戰(zhàn)，芯片封裝散熱的成本逐年上升，多核動態(tài)溫度管理(Dynamic Thermal Management,DTM)技術(shù)為解決多核的溫度問題為產(chǎn)生，并已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。
　　本文以16核超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)的多核處理器為研究背景，利用應(yīng)用程序的歷史功耗分析，建立基于反饋

2、的體系結(jié)構(gòu)參數(shù)自適應(yīng)的動態(tài)溫度管理框架，分等級地實(shí)施動態(tài)溫度管理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)動態(tài)溫度管理，對峰值溫度的管理具有重要意義。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1．建立了基于歷史功耗分析的估算模型。根據(jù)每個(gè)采樣間隔的歷史功耗，通過計(jì)算平均功耗、總功耗和標(biāo)準(zhǔn)差功耗，根據(jù)三者的比較關(guān)系建立功耗偏離函數(shù)，估算模型反饋功耗偏離函數(shù)信息給動態(tài)溫度管理框架的控制模塊，作為控制模塊的調(diào)節(jié)依據(jù)。在歷史功耗的計(jì)算中，加入了泄漏功耗與溫度的指數(shù)依賴關(guān)系，來反

3、映新工藝下泄漏功耗的特征。
　　2．提出了分等級的動態(tài)溫度管理方法。根據(jù)峰值溫度的高低，分等級的對峰值溫度實(shí)施管理，對不同階段的溫度實(shí)施不同的方法來達(dá)到降溫的目的。在峰值溫度較低時(shí)，通過動態(tài)調(diào)節(jié)超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)中十級流水線模型的指令部件參數(shù)和寄存器文件大小來實(shí)現(xiàn)降溫，指令部件參數(shù)包括指令取指寬度、流出寬度、確認(rèn)寬度和指令窗口大小。在峰值溫度較高時(shí)，通過采用動態(tài)調(diào)頻調(diào)壓(Dynamic Voltage and Frequency Sc

4、aling,DVFS)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)降溫。峰值溫度達(dá)到芯片溫度閾值時(shí)，通過門控技術(shù)來調(diào)節(jié)。
　　3．在ESESC平臺上實(shí)現(xiàn)了基于指令部件結(jié)構(gòu)自適應(yīng)的動態(tài)溫度管理的技術(shù)。首先研究分析了 ESESC實(shí)驗(yàn)平臺，在研究ESESC代碼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加入動態(tài)溫度管理技術(shù)的框架，通過觀察程序運(yùn)行的溫度變化曲線，分析降溫和開銷數(shù)據(jù)，對比來說明各種方法的有效性。
　　實(shí)驗(yàn)證明，基于反饋的動態(tài)溫度管理框架能夠有效的保證溫度平緩變化，基于指令部件的參