暗硅時代多核系統(tǒng)資源管理算法研究.pdf

1、集成電路制造工藝的發(fā)展減小了晶體管的特征尺寸，理論上單位面積的芯片可集成更多晶體管而功耗密度保持不變。但是，當工藝節(jié)點發(fā)展到22nm以下，泄漏功耗開始主導(dǎo)晶體管功耗，并隨著工藝節(jié)點的縮小呈指數(shù)級增長，這引發(fā)了芯片的過熱問題。業(yè)界預(yù)測:當工藝節(jié)點繼續(xù)往前發(fā)展，芯片上將會有更多的功能模塊不能同時處于全頻率工作狀態(tài)，即總是部分處于開啟而其他處于關(guān)閉狀態(tài)，這預(yù)示著暗硅時代的到來。
　　單核系統(tǒng)的局限性催生了多核系統(tǒng)的發(fā)展，而集成電路向暗硅

2、發(fā)展的趨勢使系統(tǒng)中的處理器必須合理的開斷和配置以緩解熱問題。多核系統(tǒng)的資源管理算法可根據(jù)應(yīng)用自身的特點，對芯片中熱設(shè)計功耗，處理器的開啟數(shù)目和工作頻率等資源進行合理分配，滿足溫度、系統(tǒng)資源約束的同時優(yōu)化系統(tǒng)性能。
　　本文在暗硅背景下，面向于共享式存儲結(jié)構(gòu)的同構(gòu)多核系統(tǒng)，提出了一種資源管理算法。首先，針對具有線程并行性的應(yīng)用集，根據(jù)其在不同處理器數(shù)目和工作頻率的功耗及吞吐特性，利用動態(tài)規(guī)劃配置處理器數(shù)目和工作頻率，實現(xiàn)當前熱設(shè)計功

3、耗約束下的系統(tǒng)吞吐最優(yōu)化;其次，以提高散熱效果和降低存取代價為目標，使用模擬退火算法完成應(yīng)用映射，確定處理器開斷及應(yīng)用在系統(tǒng)中的布局，減小過熱點出現(xiàn)的幾率，并根據(jù)應(yīng)用布局，通過溫度仿真獲得系統(tǒng)溫度分布;最后，根據(jù)有無過熱點的反饋，充分利用系統(tǒng)溫度裕度，循環(huán)迭代地調(diào)整熱設(shè)計功耗大小，每次調(diào)整后重新進行資源配置和應(yīng)用映射，最終在最大熱設(shè)計功耗下獲得系統(tǒng)最優(yōu)性能。
　　本文搭建了系統(tǒng)吞吐、功耗及溫度的仿真環(huán)境，使所提資源管理算法可嵌入于

4、該環(huán)境中一體化完成。文中借助多核架構(gòu)仿真工具模擬應(yīng)用在同構(gòu)系統(tǒng)中的執(zhí)行過程，可獲得應(yīng)用在不同處理器數(shù)目及工作頻率下的吞吐特性。提取系統(tǒng)架構(gòu)參數(shù)和運行信息，并轉(zhuǎn)換為功耗仿真工具的輸入文件，便可獲得應(yīng)用功耗特性。以吞吐和功耗特性為輸入，算法在調(diào)整熱設(shè)計功耗的過程中，使用溫度仿真工具進行熱仿真，并能獲得溫度布局。所搭建環(huán)境可靈活地應(yīng)用于同構(gòu)多核系統(tǒng)，實驗表明，所提調(diào)度方法能夠有效的避免過熱點，并優(yōu)化了系統(tǒng)性能，且相比于棋盤式布局，系統(tǒng)最高溫度