众核芯片热建模与功耗管理技术研究

集成电路是人类智慧的结晶,对人类社会的发展有很深远的影响。而处理器、微处理器的发展,越来越存促进了各行各业的发展,成为了工业界的大脑。很难想象,没有电脑、手机,我们的生活、工业会发展成什么样子。然而,这个大脑也会因为思考过多而发热。处理器、微处理器的核心数目增加,出现了多核甚至众核的芯片。随着工艺的进步和晶体管尺寸的缩小,静态功耗占总功耗的比例增加,功率密度的增加,温度不断升高,传统的散热方法已经不能够应对。就造成了芯片的某部分甚至是大部分的核心不能满性能工作或者是完全关断,这就是目前国内外集成电路设计者和科学家研究的方向——黑硅[1]。然而,幸运的是,黑硅并不是真的黑,黑色的部分只是在某一时刻不能够完全开启或者是开启[2]。所以,黑硅是有利用价值的,我们本文的工作重点就是在保证芯片的核心温度不超标的情况下,得到芯片的最大性能。一开始,我们介绍了众核芯片热建模[7]的方法这里我们采用有限差分的方法进行热建模,并且这种热建模的方法不光能够仿真芯片的热静态特性还可以仿真芯片的热瞬态特性。对于大规模集成电路如多核和众核芯片,我们创造性地提出了可组合[4]的热模型,分别建模,然后反复利用建立的模型。然后进行了能够保护组合端口的模型降阶,优化了热分析的速度。本文针对众核芯片的热建模与功耗管理,改进了众核芯片功耗分布与匹配的方法。我们一开始提出一种功率预算的方法,在保证所有核心温度不超标的前提下,通过MPC[5]和OMP等最优化算法,找到芯片在运行时所能容纳的最大功耗。然后,通过匈牙利算法等匹配算法,配合DVFS和任务迁移[6],将我们的任务与功率预算得到的功率匹配。剩余的不能匹配的功率做DVFS之后,再参与匹配,最后,将所有的开启的核心与任务匹配起来。这种新型的功率预算方法能够帮助我们得到芯片的最大性能,并且使温度不超标。