暗硅约束下的片上多处理器性能优化策略

发布时间：2021-11-27 11:52

　　片上多处理器（Chip Multi Processor,CMP）已在越来越多的领域被关注及应用。随着半导体制造工艺持续进步,芯片的功耗密度与发热量也随之升高。因此,未来的多处理器芯片无法以最高频率同时激活所有内核的状态运行,从而导致暗硅（Da rk Silicon）。本文针对暗硅约束下的多处理器芯片,分别研究了处理器运算性能提升与安全性能优化的策略。主要内容如下:（1）介绍与讨论了片上多处理器优化所涉及的关键概念与技术本文介绍了热设计功耗与硬件安全两个概念,并讨论了运算性能优化中常用的动态电压频率缩放（Dynamic Voltage and Frequency Scaling,DVFS）、迸发式计算与任务映射技术以及安全性能优化中常用的木马检测、任务调度与噪声注入技术。（2）提出了基于迸发式计算的片上多处理器运算性能优化策略针对片上多处理器在迸发式计算中的运算性能优化问题,本文提出了一种新的运算性能优化策略。首先,本文分析了最佳计算模式（即最佳工作电压/工作频率）需要满足的约束。随后,本文通过严谨的数学推导证明了最佳计算模式的合理性。最后,本文设计了一种基于二分查找的最佳计算模式搜索算... 

【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】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

处理器示意图

第一章 绪论暗硅的出现，给片上多处理器同时带来了机遇与制造工艺进步出现的，制造工艺的进步使得单一长，随之而来的便是芯片以高频率同时激活所有核法使所有核心同时在高频率下长时间运行，此时量。如何在暗硅约束下充分发挥片上多处理器的优据 ARM CTO 的预测[4]，当制造工艺达到 11 纳米能够在同一时间被激活。图 1-3 解释了暗硅现象升的变化趋势。激活 关闭

第二章 片上多处理器优化技术信号的波形，达到降低攻击者从波形分析中提取关键信息的方法，如图 2-5 所示，噪声掩盖了不同指令之间的功耗差异，从而降低了指令与温度的相关性。将这种方法应用到降低处理器的边信道信息中同样是可行的。处理器在执行程序时，芯片上的各个模块之间，由于模块本身结构以及模块使用率等因素，会产生不同的功耗，因而各个模块之间会存在温度差异。如果攻击者利用边信道获取芯片的温度信息后，进而结合温度差异推测芯片的运行状态(例如:找到芯片中的高负载模块进行针对性攻击，甚至推测芯片正在执行的程序，对特定程序进行针对性攻击)。这样的攻击场景与 2.2.3 不同的是，攻击者在空间域，利用模块之间温度的差异对芯片进行攻击。SVF 仅从时间上对边信道信息泄漏进行了量化，此外，也有学者注意到了空间热量分布导致的边信道泄漏，为了优化空间热量导致的边信道泄漏，他们利用芯片上的温度传感器以及功耗监视模块，动态地注入功耗噪声，从而减小各个模块之间的温度差异，降低攻击者从空间热量分布上，推测芯片工作状态的成功耗[32]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]同构与异构片上多核系统的演进过程[J]. 黄乐天,别丽华.  电子技术应用. 2017(03)
[2]非一致Cache体系结构技术综述[J]. 吴俊杰,杨学军.  计算机工程与科学. 2011(02)
[3]片上多处理器互连技术综述[J]. 王炜,汤志忠,乔林.  计算机科学. 2008(09)



本文编号：3522228