高性能众核芯片动态热管理技术研究

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1、７＂＇｜｜，圓．／ｖ誦．ｊ４击外成Ａ葦’ＳＩＩＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＵＮＩＴＹＬＥＣＴＲＯＮＣＳＣＥＮＣＥＡＮＤＴ巨ＩＶＥＲＯＦＥ著±学位论文Ｉ专业学位硕ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥＩＩ论义题巨爵哇能众核芯片动态热管纖术妍究专业学雛别工程硕壬学．号２０１３２２０３０３４２作者姓名马健指导教师王海副繊独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中持别加Ｗ

2、标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意■。人复＾７寻／＾１＾作者签名：日期：＾＜＾年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存

3、、汇编学位论文。（保密的学位论文在綠解密后应遵守此规定）作者签名：爲导师签名：ｈ冷日期：年主月／７日分类号密级注1UDC学位论文高性能众核芯片动态热管理技术研究（题名和副题名）马健（作者姓名）指导教师王海副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称集成电路工程提交论文日期2016.3论文答辩日期2016.5学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONDYNAMICTHERMALMANAGEMENTFORHIGH-

4、PERFORMANCEMANY-CORECHIPAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:MaJianAdvisor:WangHaiSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要随着众核处理器的发展，功耗密度还在不断上升，并且使负载不均衡问题更加严重，形成了严重的芯片高温和局部高温点问题。高温热问题已经成为阻碍处理器发展的重

5、要因素。为应对芯片热问题，本文做了深入研究。研究主要集中在动态温度管理方法。针对最近的动态温度管理方法做了详细研究分析。对动态温度管理常用的操作技术，动态电压频率调整技术和任务迁移技术，做了深入的分析。对动态温度管理操作需要的引导控制技术也进行了分析，尤其是模型预测控制方法。HotSpot热模型是一种简洁准确的热建模方法，本文提出的方法中用其来对芯片做热模型，并结合模型预测控制方法进行温度计算。引入模型预测控制方法之后就可以将任务迁移策略的决定化作任务分配问题，用二部图匹配方法来解决该问题。因为二部图匹配算法复杂度较高，随着核数的增长算法计算时间显著增加，所以在

6、众核处理器高性能运行时进行热管理是一个巨大的难题。本文提出分层的动态温度管理的解决方法来克服这个问题。新的动态温度管理方法依然采用传统的动态电压频率调整技术和任务迁移，采用模型预测控制方法做理论依据来实现平滑的任务控制，减少牺牲计算性能。为了扩展到众核系统，分层控制方法设计为两层。在低层，核在空间上被分割成块，块内用现有的功耗分布和用模型预测控制方法优化得到的功耗分布进行匹配。在高层，对低层没有匹配上的功耗进行全局任务迁移。如果高层的功耗数量很大，本文采用改进的迭代最小割算法来辅助实现任务迁移的策略。任务迁移操作完成之后动态电压频率调整技术用来调节最终都没有匹配

7、上的功耗。最后仿真实现该算法，并将其与其他算法进行比较，着重比较算法运行时间，处理器性能和芯片热平衡性。结果显示，新的方法比现有的其他方法有很大优势，而且在众核处理器中只有很少的性能损耗。关键词：众核，动态热管理，模型预测控制，任务迁移，动态电压频率调整IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofmany-coreprocessors,powerdensityisstillrising,andtheloadimbalanceproblemismoreseriousplus,becomeaseriouschiphigh-tempera

8、tureandlocal