嵌入式眾核系統(tǒng)溫度感知的任務(wù)映射算法及功耗管控方法研究.pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的延伸，應(yīng)用需求作為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的核心動力，對系統(tǒng)性能提出了更高的要求。高性能、高集成度的多處理器體系架構(gòu)被提出并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著特征尺寸的降低，芯片內(nèi)部功耗密度增大，單位面積產(chǎn)熱量的增加造成芯片內(nèi)部溫度的上升。芯片過熱嚴(yán)重影響到系統(tǒng)運(yùn)行的性能和可靠性，熱效應(yīng)問題因其嚴(yán)峻性在近年來被廣泛地研究和關(guān)注。其中，滿足熱效應(yīng)相關(guān)約束的任務(wù)與功耗管理方面的研究成為了熱點(diǎn)問題之一。
　　本文針對眾核系統(tǒng)溫度、性能

2、雙優(yōu)化目標(biāo)下的任務(wù)管理問題，提出了溫度感知的動態(tài)任務(wù)映射算法和實(shí)時(shí)功耗管控方法。
　　首先，通過對現(xiàn)有任務(wù)映射算法的缺陷分析，在 CoNA算法的基礎(chǔ)上提出了以系統(tǒng)溫度和性能雙優(yōu)化為設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度感知任務(wù)映射算法TWeNA。算法設(shè)計(jì)中，提出了基于通信權(quán)重的任務(wù)圖內(nèi)部任務(wù)映射排序算法，在映射準(zhǔn)備階段優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信性能；同時(shí)，基于實(shí)時(shí)溫度反饋，在智能爬山首節(jié)點(diǎn)選擇算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化映射區(qū)域的選擇；在進(jìn)行動態(tài)任務(wù)映射時(shí)，提出了一

3、種新型的候選節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級分析方法，綜合考量對系統(tǒng)溫度和性能的影響。
　　其次，由于在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，負(fù)載和溫度分布存在實(shí)時(shí)變化，本文在TDP(Thermal Design Power)設(shè)計(jì)功率約束下建立了合理的功耗管控方案，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的動態(tài)變化，獲取溫度反饋信息，結(jié)合動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)，制定合理的細(xì)粒度功耗管控決策，實(shí)現(xiàn)在額定功率約束下系統(tǒng)的高性能計(jì)算和溫度空間分布的均衡性。在方案設(shè)計(jì)中，提出了自定義的應(yīng)用調(diào)度優(yōu)先級評判標(biāo)準(zhǔn)和系

4、統(tǒng)性能影響因子分析方法，制定功耗管控方案的整體調(diào)度流程。分析功耗管控單元的需求和功能，構(gòu)建眾核系統(tǒng)溫度感知功耗管控的整體架構(gòu)圖。
　　最后，通過所搭建的眾核系統(tǒng)驗(yàn)證平臺，對本文所提出的任務(wù)映射算法和功耗管控方案分別進(jìn)行評估。結(jié)果顯示，TWeNA算法與當(dāng)前較優(yōu)的任務(wù)映射算法相比，在網(wǎng)絡(luò)吞吐率上有20％左右的優(yōu)化，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)包延時(shí)減少；在溫度優(yōu)化方面，有效降低了系統(tǒng)的峰值溫度，同時(shí)溫度方差明顯減少。在原有任務(wù)映射算法的基礎(chǔ)上引入功耗管