基于UPF的低功耗处理器设计研究

发布时间：2020-04-23 17:34

【摘要】：随着处理器性能的不断提升,现代处理器的功耗、局部功率密度也随之不断提高。功率密度不仅仅会带来封装、冷却问题,也给可靠性带来了不利的影响。随着温度的升高,会引起故障率指数增长、速度变慢、漏电增加等问题。对于各类应用,低功耗设计已成为提升产品性能以及增加市场份额的必要因素。论文基于开源的AO486(An open 486 core)处理器系统来开展处理器低功耗设计研究。根据处理器模块特点进行多电压域设计,引入UPF(Unified power format)低功耗设计流程,在RTL(Register transfer level)设计阶段就对功耗管理策略进行平行验证和分析。论文设计的处理器系统功耗模式,符合ACPI(Advanced configuration and power interface)标准,可以更好地被操作系统所支持。对满足系统功耗管理策略的电源管理模块进行设计研究,用来实现电源状态切换控制,以及特殊低功耗单元管理。论文研究的电源状态管理策略在VCS MVSIM-native模式下得到了正确的仿真验证。论文还将动态电压频率调节技术引入处理器系统低功耗设计,操作系统可以实时地对最优的性能工作点(Performance state)进行选择,在满足性能的前提下,最大限度地降低功耗。论文共研究设计了4个不同的性能工作点。仿真验证表明:相对于P1性能工作点,处理器在P2性能工作点下功耗降低了15%,在P3性能工作点下功耗下降了28%,在P4性能工作点下功耗下降了49%。结果表明论文研究的处理器低功耗设计可以应用到国产x86 CPU低功耗设计中。
【图文】：

第三章 低功耗 AO486 处理器系统设计研究3.1 AO486 处理器低功耗设计内容论文研究中对开源 AO486 处理器系统展开低功耗设计研究，，包括引入多电源域设计、DVFS 设计、时钟门控设计等低功耗设计技术，为如何对开源处理器进行低功耗设计实现提供设计参考。论文针对 AO486 处理器研究设计了一套有效的电源管理方式，将不同的子系统模块分别划分成不同的电源域，并且引入 DVFS技术，可以根据系统实际的工作负载情况，调节相应的工作电压与工作频率来提高系统的能效，整个处理器系统的电源状态设计符合 ACPI 规范标准。3.2 AO486 处理器系统AO486 是一个 x86 兼容的 Verilog 内核，实现了 486 SX 的所有功能。基于 Bochs软件实现，核心代码都经过建模和测试验证。

图 5-2 处理器可视化 power 结果Fig.5-2 Process DVE power result图 5-3 电源状态仿真波形Fig.5-3 Power state simulation waveform
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP332

【参考文献】

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本文编号：2637974