多核处理器功耗和热量模型研究及实现

发布时间：2021-09-04 14:43

　　目前,多核体系结构已占据了桌面微处理器市场的主导地位,但是由于缺乏核间通信和协作,大部分应用程序都没有充分利用多个处理器核的资源,效率较低,而且多核处理器的功耗密度增大,发热量进一步增加,局部过热情况仍然存在。为了有效地估计多核处理器的核间通信和热量行为,我们提出了一种实时功耗和温度计算仿真方法学,并在模拟器上予以实现。该模拟器是在我们之前的异构双核模拟器的基础上扩展而来,并将功耗模型Wattch和温度计算方法TILTS集成其中,从而能够仿真多核处理器的实时功耗和温度。到目前为止,这是第一个基于SimpleScalar微体系仿真器的,具有核间通信功能的,能够计算功耗和温度的双核性能模拟器。与其他性能模拟器相比,我们的优势在于可配置性和高效性,引入的计算开销很小,这些在本文的实验比较部分将予以说明。该模拟器将有助于处理器设计早期阶段功耗及温度的估计和分析,以进一步帮助设计者调整设计。 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

IBMCell处理器运行温度示意图

我们需要一个能够在设计过程中就能对芯片的功耗，温度，性能有个整体评估的方案，也就是如图2所示的一种设计方法。而且如果在设计早期就考虑热量情况，将会显著提高设计的效率，减少设计成本。于是，利用模拟器进行前期研究成了一个有效可行的方法。图 2 基于热量分析的设计流程Figure 2 thermal based design flow1.2. 相关研究和本文的贡献为了模拟处理器的行为并得到性能分析，学术界先后设计出了多个模拟器，其中以威斯康星大学麦迪逊分校的 SimpleScalar[2]最为流行。SimpleScalar 是一个专用于体系结构研究的指令集仿真环境，该环境包括指令集仿真器、交叉编译器(Cross Compiler)，二进制工具等完成仿真所需的工具。SimpleScalar 完全用 C 语言开发完成，其源代码开放并可免费用于教育科研用途。由于其优秀的可扩展性和可移植性，SimpleScalar 在国内外很多大学的计算机体系结构研究中得到广泛应用。由于多核处理器概念的出现，国外很多研究机构也适时提出了各种多核处理器的模拟器。同构多核处理器模拟器方面，F. R. Boyer，Yang, Liping

AMD，INTEL，SUN，HP，TI 等公司已经相继推出了商业的 CMP。图 3是 IBM 的 POWER 系列处理器架构。其中，POWER4[16]芯片是业界第一个正式发布的双内核处理器，其频率达到 1.3GHz。每个内核包含独立的 64KB L1 指令缓存、32KB L数据缓存，两个内核共享三个 512KB L2 高速缓存区块。Power4 的设计充分考虑了可扩展性，多个 Power4 处理器可以很容易地组成一个对称多处理器系统（SMP）。Power5[17]于 200年 4 月发布，在体系结构上，Power5 相对于 Power4 最大的改进是引入了并发多线程（SMT）


本文编号：3383458