[發明專利]一種基于動態Voronoi圖的非均勻采樣熱重構方法及裝置

無效

• 申請號: 201210189414.4
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102760115A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 李鑫;劉濤;劉文江;戎蒙恬;周亮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及信息控制技術領域，特別涉及一種基于動態Voronoi圖的非均勻采樣熱重構方法及裝置。

背景技術

在現代高性能集成電路中，由于特征尺寸的縮小和性能需求的增加，其功率密度呈指數級增長，導致了芯片溫度的不斷提高。從90納米開始，半導體制造工藝已經發展到納米階段，現在的先進工藝更是達到了45納米、22納米。在這個階段，硅基芯片的漏電流已經達到和動態開關電流同樣的數量級。一旦芯片出現局部溫度升高的熱點，該處的漏電流也會迅速增加，并進一步導致溫度升高。過高的芯片溫度降低了晶體管的轉換速率、增加了漏功耗以及增大了互聯電阻，降低芯片的工作穩定性,增加出錯率。近年來，高性能處理器普遍集成溫度傳感器，采用動態熱管理技術對芯片實施連續的熱監控，例如IBM?POWER5處理器采用了24個數字熱傳感器。如果芯片局部溫度超過了一定的門限值，則會觸發動態熱管理機制，通過采取時鐘門控、取指令降頻和動態電壓頻率調整等措施，使得過高的芯片溫度降低到安全的范圍。動態熱管理一般通過有效的熱分布重構來進行全局監控。在實際生產中考慮到制造成本、設計復雜度等原因，芯片中的熱傳感器數量受到了限制。對于沒有放置熱傳感器的區域一旦出現熱點，全局監控就可以起到關鍵性的作用，可以避免由于缺少該區域溫度信息，導致功能單元損壞的可能性。熱分布重構的精度在很大程度上會影響動態熱管理的效率。不精確的熱點溫度估計，會導致錯誤的預警和不必要的響應，使得動態熱管理的可靠性受到影響，對系統性能帶來不必要的損失。熱分布重構一般使用插值技術來實現，但由于插值算法計算量大，運算時間長等因素，并不適用于實時監控。因此，如何快速、精確的實現熱分布重構成為了微處理器動態熱管理設計的重點。

通過對現有技術文獻檢索發現，Ryan?Cochran?and?Sherief?Reda在2009年Proceedings?of?the?46th?Annual?Design?Automation?Conference（第46屆設計自動化會議）中發表文章《Spectral?Techniques?for?High-Resolution?Thermal?Characterization?with?Limited?Sensor?Data》（有限傳感器數據下利用頻譜技術實現高精度的熱特性重構），該文章提出利用頻譜技術實現多核微處理器熱分布重構，其基本的出發點是將空間可變的芯片溫度信號看成時間可變的溫度信號，對于均勻間隔放置的熱傳感器，運用Nyquist-Shannon采樣理論和二維離散信號處理技術實現熱分布重構；對于非均勻間隔放置的熱傳感器，需要構造Voronoi圖，將其轉化為均勻間隔采樣，再利用均勻采樣的方法實現熱分布重構。但是由于芯片溫度信號不是帶寬有限的，該方法存在一定的邊緣效應，尤其在熱點誤差估計方面存在一定的不足。

針對現有技術中熱點誤差估計方面存在的問題，如何快速、精確的實現熱分布重構成為了微處理器動態熱管理設計的重點，提出一種基于動態Voronoi圖的非均勻采樣熱重構方法及裝置是信息控制技術領域目前急待解決的問題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提出了一種基于動態Voronoi圖的非均勻采樣熱重構方法及裝置，通過計算芯片的功耗數據，并依據此功耗數據獲得在此功耗數據下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據芯片面積大小構造虛擬均勻網格并估算出每個虛擬均勻網格中的溫度數值，最終依據虛擬均勻網格中的溫度數值，重構出芯片的溫度分布，本方案能有效的運用在動態熱管理技術中實現實時的全局和局部溫度監控。

為解決上述技術問題，本發明實施例的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于動態Voronoi圖的非均勻采樣熱重構方法，包括：

步驟一、計算芯片的功耗數據，并依據此功耗數據獲得在此功耗數據下微處理器的溫度分布；

步驟二、通過熱感器獲取采樣溫度值列表；

步驟三、根據芯片面積大小構造虛擬均勻網格；

步驟四、估算出每個虛擬均勻網格中的溫度數值；

步驟五、依據虛擬均勻網格中的溫度數值，重構出芯片的溫度分布。

優選的，上述步驟一中，功耗數據包括但不限于模塊的動態功耗和漏功耗。

優選的，上述功耗數據是通過微處理器性能仿真軟件在該芯片架構上仿真標準測試程序，并在此基礎上集成功耗分析模塊來計算芯片的動態功耗和漏功耗。

優選的，上述步驟二中，是依據標準測試程序特性，在芯片架構中可能出現熱點的部分放置熱傳感器，得到采樣溫度值列表。