暗硅芯片功耗预算估计技术研究

发布时间：2021-04-24 13:09

　　随着集成电路工艺的发展,登纳德缩放定律开始失效,芯片的功耗密度开始随着工艺进步而升高,导致多核处理器在功耗密度突破功耗墙之后,不得不在芯片运行时彻底关断部分芯片部件来保证芯片的温度安全,出现了所谓的暗硅问题。对于存在暗硅问题的多核芯片,我们需要确定合理的开启核心数量和分布,也需要在设计或实时运行时估计出各个核心合理的功耗预算来进行相应的热管理。针对需求,本文对暗硅芯片的功耗预算估计技术进行了研究,设计了稳态和瞬态情况下的功耗预算估计算法,并通过实验进行了验证。首先,为了后续算法设计和实验验证,本文对多核处理器芯片进行了热建模,利用HotSpot提取了所需的热模型。之后,本文创新性地设计了一种快速的静态功耗与温度耦合仿真的算法,为计算功耗预算提供可靠的依据,也是本文的突出成果和核心算法。本文基于泰勒展开的方法实现了对静态功耗模型以及整体热模型的局部线性化,运用基于频率采样的模型降阶方法对大规模的热模型进行降阶,还特别设计了一种基于增量式奇异值分解的投影矩阵更新技术。该算法具备对暗硅芯片的静态功耗及温度分布进行快速准确分析的能力,在保证精度的同时,相对于传统方法实现了数十倍至数百倍的加速,... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景及意义
    1.2 国内外的相关研究工作
    1.3 本文主要工作
    1.4 论文结构安排
第二章 多核处理器芯片热建模
    2.1 基本热传递理论
        2.1.1 基本的热传递模式与热阻
        2.1.2 基本单元的热模型建立
    2.2 HotSpot热建模
    2.3 热仿真方法推导
    2.4 HotSpot热模型精度验证
    2.5 本章小结
第三章 静态功耗与温度耦合快速分析算法设计
    3.1 漏电流模型分析
    3.2 常规静态功耗与温度耦合瞬态分析方法
    3.3 对热模型的线性化
        3.3.1 对亚阈值电流的局部线性化
        3.3.2 局部线性热模型建立
        3.3.3 展开点的选取策略
    3.4 热模型模型降阶
        3.4.1 单个热模型的降阶算法
        3.4.2 特别设计的增量式SVD更新方法
    3.5 快速耦合分析算法的验证分析
        3.5.1 实验设置
        3.5.2 精度与耗时分析
    3.6 本章小结
第四章 暗硅芯片功耗预算估计算法设计
    4.1 稳态下的功耗预算估计及亮核数量推荐算法设计
        4.1.1 基本问题分析
        4.1.2 问题近似
        4.1.3 基于贪心策略的求解方法
    4.2 瞬态功耗预算估计算法设计
        4.2.1 基本问题分析
        4.2.2 模型预测控制方法
        4.2.3 优化问题推导与求解
    4.3 实验验证
        4.3.1 实验设置
        4.3.2 稳态功耗预算算法的验证分析
        4.3.3 瞬态功耗预算算法的验证分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3157418