片上网络系统中感知通信和温度的任务映射算法研究

发布时间：2020-04-09 22:12

【摘要】：随着应用性能需求的不断增长和芯片集成度的提高,众核系统被广泛用于服务器,数据中心,集群等系统,以提供高吞吐率的计算服务。在众核系统上进行任务映射是指为应用挑选执行指令的核。任务映射过程对系统性能有关键影响,该方向的研究素来是众核系统研究的热门方向。由于芯片集成度的提高,芯片的功率密度相应增大。温度约束成为众核系统研究的重要约束。如何在不违反温度约束的前提下进行任务映射和功率分配使得系统性能最优成为重要的研究方向。在服务器等实时响应众核系统中常有核利用率低于100%的情况出现。在这类系统中,可以通过在功率较大的核周围放置关闭的核来降低功率密度。针对此类系统,如何在温度约束下为应用合理分配这些关闭的核以提升系统性能成为了挑战。此外,三维集成众核系统因其具有更高的集成度逐渐成为众核芯片的发展趋势。然而高集成度导致三维集成众核系统上的温度问题更加突出。与二维众核系统相比,三维集成众核系统具有以下特性:1)垂直方向的链路具有更高的通信带宽;2)由于距离散热器距离不同,系统每一层的功率密度不同,靠近散热器的层散热更快,可以调频到更高的频率。因此,对于通信密集型的应用,应当充分利用特性1,为其分配更多的TSV垂直链路,可以有效缩短任务间通信距离,减少任务间通信时间。对于计算密集型的应用,应当充分利用特性2,分配更多靠近散热器的核,可以提高核的工作频率,减少任务的计算时间。本文观察到,应用具有不同的性能需求。部分应用的通信需求较大,而另一部分应用的计算需求较大。基于此,为了应对以上挑战,本文进行了以下研究:1)针对核利用率常低于100%的众核系统,提出了一个在温度约束下为不同资源需求的应用分配核资源的任务映射算法,以优化系统吞吐量。实验表明,与两种现有的实时资源管理方法相比,本文算法可以将系统吞吐量提高多达50%,有效地提高了众核系统运行应用的吞吐率。2)针对采用硅通孔技术的三维集成众核系统,本文提出了一个使用寻找最优应用映射区域来满足其通信或计算需求的任务映射算法。实验表明,与两种现有的针对三维集成众核系统任务映射算法相比,本文提出的算法可以将应用运行时间减少48%,有效地减少了三维集成众核系统运行应用的时间。3)设计并实现了一个任务映射可视化工具,以帮助算法设计人员进行任务映射算法的验证、优化和选择。
【图文】：

模型图,核系统,网络架构,模型

2.2.1 众核系统片上网络架构图 2-1 众核系统片上网络架构模型图2-1（a）是众核系统网格 (Mesh) 架构模型，其中的矩形块表示真实芯片中的单核，核间相连的线来表示通信链路。片上网络是指在众核系统核间通信的片上通信网络。每个核有自己的执行速度和温度，都可以跟相邻的核进行数据交换。在该众核系统模型上每个单核包含一个路由器和一个处理单元如图2-1（b）所示，每个核的路由器跟相邻的核都有数据交换的端口。每个单核都可以跟前后左右四个核进行数据交换，加上与自身处理单元传输数据的端口，一共有五个端口。三维集成众核系统的片上网络上的单核增加上下两个端口，，共七个端口。2.2.2 单核最高功率模型本文定义单核的最高功率为

非零系数,最高功率,测试向量,模型

最高功率模型中的非零系数对应的核
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN47

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