高性能微处理器RTL级和体系结构级低功耗设计关键技术研究
发布时间：2022-01-14 01:41
随着高性能微处理器体系结构和集成电路工艺的快速发展,微处理器芯片的集成度和工作频率不断提高,功耗问题以及与其息息相关的热效应给处理器的稳定性和可靠性带来了严峻的挑战,日益成为高性能微处理器持续发展的瓶颈。同时,在处理器的功耗组成中,漏流功耗占据越来越大的比例,如果不能有效控制,将严重阻碍微处理器性能的进一步提升,微处理器甚至无法正常工作。基于现有的低功耗研究现状,本论文重点研究了RTL级和体系结构级的关键低功耗设计技术。论文中的实验基于OpenSPARC T2开源RTL代码,根据SpyGlass功耗分析工具和软件模拟器得到实验结果。本文首先通过分析时钟门控设计不充分的微处理器初期设计代码（Open- SPARC T2）,通过基本时钟门控、向前追溯优化、信号合并向前追溯优化和向后追溯优化等多种时钟门控设计优化策略,扩大原处理器设计中的时钟门控范围,关闭更多的空闲功能部件的时钟,最大限度降低处理器动态功耗。实验表明,相同负载条件下,单个OpenSPARC T2内核在优化后比优化前整体功耗降低了约35%。本文针对多线程处理器中应用执行的特点,提出了一种细粒度温度感知的多线程取指队列控制技术,...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
处理器内核优化前后整体功耗对比图
先评估 EXU 在未采取任何 Clock-Gating 技术时得到的功耗结果，同时将其作为标准参考量，再分析多种方式结合的 Clock-Gating 技术功耗优化后的功耗结果（如图 3.10 所示）。图 3.10 EXU 采用 Clock-Gating 功耗优化效果对比图分析图 3.10 可知，加入 Clock-Gating 控制逻辑后，整数执行部件（EXU）的功耗得到较大改善，因为 EXU 内部存在大量的寄存器，基本测试程序不足以充分利用所有的寄存器，所以存在大量的寄存器在较长时间里不会使用，对其实施Clock-Gating 设计得到的效果较为明显，功耗优化达到 40%~60%。而不同的时钟门控优化策略得到的优化功耗是不同的，其不同措施?
图 3.10 EXU 采用 Clock-Gating 功耗优化效果对比图分析图 3.10 可知，加入 Clock-Gating 控制逻辑后，整数执行部件（EXU得到较大改善，因为 EXU 内部存在大量的寄存器，基本测试程序不足以所有的寄存器，所以存在大量的寄存器在较长时间里不会使用，对其ck-Gating 设计得到的效果较为明显，功耗优化达到 40%~60%。而不同的优化策略得到的优化功耗是不同的，其不同措施的优化功耗分布情况在图到了说明。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多核微处理器温度感知的线程调度算法[J]. 屈双喜,张民选,刘涛,刘光辉. 计算机应用. 2011(09)
[2]高性能计算中处理器功耗特征的评测与分析[J]. 刘勇鹏,卢凯,刘勇燕,武林平,陈娟. 计算机工程与科学. 2009(11)
[3]低功耗微处理器中异步流水线设计[J]. 石伟,王友瑞,陈芳园,任洪广,陆洪毅,王志英. 国防科技大学学报. 2009(05)
[4]多核、多线程处理器的低功耗设计技术研究[J]. 张骏,樊晓桠,刘松鹤. 计算机科学. 2007(10)
[5]LRU-Assist:一种高效的Cache漏流功耗控制算法[J]. 张承义,张民选,邢座程,王永文. 电子学报. 2006(09)
[6]高性能通用微处理器体系结构关键技术研究[J]. 张民选,王永文,邢座程,邓让钰,蒋江,张承义. 计算机研究与发展. 2006(06)
[7]半导体温度传感器研究进展综述[J]. 张洵,靳东明,刘理天. 传感器与微系统. 2006(03)
博士论文
[1]微处理器中Cache漏流功耗的体系结构级优化技术研究[D]. 周宏伟.国防科学技术大学 2007
[2]超深亚微米微处理器漏流功耗的体系结构级优化技术研究[D]. 张承义.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于电路级的低功耗关键技术研究[D]. 杨玲.上海交通大学 2010
本文编号：3587554
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
处理器内核优化前后整体功耗对比图
先评估 EXU 在未采取任何 Clock-Gating 技术时得到的功耗结果，同时将其作为标准参考量，再分析多种方式结合的 Clock-Gating 技术功耗优化后的功耗结果（如图 3.10 所示）。图 3.10 EXU 采用 Clock-Gating 功耗优化效果对比图分析图 3.10 可知，加入 Clock-Gating 控制逻辑后，整数执行部件（EXU）的功耗得到较大改善，因为 EXU 内部存在大量的寄存器，基本测试程序不足以充分利用所有的寄存器，所以存在大量的寄存器在较长时间里不会使用，对其实施Clock-Gating 设计得到的效果较为明显，功耗优化达到 40%~60%。而不同的时钟门控优化策略得到的优化功耗是不同的，其不同措施?
图 3.10 EXU 采用 Clock-Gating 功耗优化效果对比图分析图 3.10 可知，加入 Clock-Gating 控制逻辑后，整数执行部件（EXU得到较大改善，因为 EXU 内部存在大量的寄存器，基本测试程序不足以所有的寄存器，所以存在大量的寄存器在较长时间里不会使用，对其ck-Gating 设计得到的效果较为明显，功耗优化达到 40%~60%。而不同的优化策略得到的优化功耗是不同的，其不同措施的优化功耗分布情况在图到了说明。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多核微处理器温度感知的线程调度算法[J]. 屈双喜,张民选,刘涛,刘光辉. 计算机应用. 2011(09)
[2]高性能计算中处理器功耗特征的评测与分析[J]. 刘勇鹏,卢凯,刘勇燕,武林平,陈娟. 计算机工程与科学. 2009(11)
[3]低功耗微处理器中异步流水线设计[J]. 石伟,王友瑞,陈芳园,任洪广,陆洪毅,王志英. 国防科技大学学报. 2009(05)
[4]多核、多线程处理器的低功耗设计技术研究[J]. 张骏,樊晓桠,刘松鹤. 计算机科学. 2007(10)
[5]LRU-Assist:一种高效的Cache漏流功耗控制算法[J]. 张承义,张民选,邢座程,王永文. 电子学报. 2006(09)
[6]高性能通用微处理器体系结构关键技术研究[J]. 张民选,王永文,邢座程,邓让钰,蒋江,张承义. 计算机研究与发展. 2006(06)
[7]半导体温度传感器研究进展综述[J]. 张洵,靳东明,刘理天. 传感器与微系统. 2006(03)
博士论文
[1]微处理器中Cache漏流功耗的体系结构级优化技术研究[D]. 周宏伟.国防科学技术大学 2007
[2]超深亚微米微处理器漏流功耗的体系结构级优化技术研究[D]. 张承义.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于电路级的低功耗关键技术研究[D]. 杨玲.上海交通大学 2010
本文编号：3587554
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