[發明專利]一種微處理器快速瞬態熱分布估計方法

有效

• 申請號: 201611041987.7
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106650009B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 黃柯衡;張正鴻;陳云飛;王海;萬家春
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所;電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明涉及微處理器領域，涉及微處理器熱分布估計，具體為一種微處理器快速瞬態熱分布估計方法，用以克服現有技術中溫度估計計算延遲較大、溫度估計誤差較大的問題，本發明提供一種快速高精度的微處理器瞬態熱分布估計方法，該方法利用微處理器上的性能計數器估計出微處理器各部件的功耗，通過微處理器緊湊熱模型計算出微處理器的熱分布，同時結合片上物理熱傳感器的讀數以及微處理器各功能模塊的功耗相關性，對熱估計進行反饋校正，從而得到微處理器的精確熱分布。

技術領域

本發明涉及微處理器領域，涉及微處理器熱分布估計，具體為一種微處理器快速瞬態熱分布估計方法。

背景技術

隨著集成度的提高，微處理器的高功率密度導致芯片溫度不斷提高。過高的溫度將給芯片帶來晶體管轉換速率降低、互連線延遲增加、計算出錯率增加、使用壽命降低等多種負面影響。許多動態熱管理技術被提出以解決微處理器的高溫問題，其中包括動態電壓頻率縮放技術、任務調度技術、任務遷移技術、時鐘門控技術等。這些動態熱管理技術大多依賴于片上物理熱傳感器提供芯片溫度監控信息。然而，因為片上物理熱傳感器數量稀少，且在芯片上的分布并非最優，僅僅使用物理熱傳感器進行溫度監控無法獲取芯片的熱點溫度以及熱分布信息。而缺乏整個微處理器的熱分布監控信息，則對熱管理的有效性有較大的影響。具體來說，物理熱傳感器僅能獲得其所處位置的溫度讀數，而該位置往往并非芯片乃至該物理傳感器周圍最高溫度所在之處。這將使得相應的動態熱管理技術錯誤判斷芯片所處溫度情況，進而采取錯誤的熱管理決策，導致芯片可靠性降低。因此，快速而又精確進行微處理器熱分布估計，是保證動態熱管理技術能夠高效地做出準確熱管理決策的重點。

通過對現有技術文獻檢索發現，Shervin Sharifi和Tajana Simunic Rosing在2010年IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits andSystems(IEEE集成電路與系統的計算機輔助設計匯刊)中發表文章《Accurate Direct andIndirect On-Chip Tempe rature Sensing for Efficient Dynamic ThermalManagement》(應用于高效動態熱管理的精確直接與間接片上熱傳感)，該文章提出了在片上物理熱傳感器數量不足的情況下，使用基于熱模型的軟件熱傳感器獲取芯片的熱分布；該方法首先對微處理器芯片建立熱模型，并使用芯片功耗估計作為熱模型的輸入，計算估計出芯片的溫度分布；為了獲取更為準確的溫度分布估計，該方法使用物理熱傳感器讀數并結合卡爾曼濾波器對溫度分布估計進行校正。這種方法主要存在兩方面缺陷：第一，由于芯片熱模型的規模較大，直接使用該熱模型將導致較大的熱估計延遲；第二，雖然該方法采用了基于卡爾曼濾波器的熱反饋進行溫度估計，但是由于未能考慮芯片各模塊間的功耗相關性，該方法在遠離物理熱傳感器的位置具有較大的溫度估計誤差。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中溫度估計計算延遲較大、溫度估計誤差較大的問題，提出一種快速高精度的微處理器瞬態熱分布估計方法，該方法利用微處理器上的性能計數器估計出微處理器各部件的功耗，通過微處理器緊湊熱模型計算出微處理器的熱分布，同時結合片上物理熱傳感器的讀數以及微處理器各功能模塊的功耗相關性，對熱估計進行反饋校正，從而得到微處理器的精確熱分布。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種微處理器快速瞬態熱分布估計方法，包括：

步驟1、建立微處理器熱模型；

步驟2、采用結構保持模型降階方法對步驟1得到的熱模型進行壓縮，得到微處理器緊湊熱模型；

步驟3、通過微處理器功耗估計軟件在微處理器架構上仿真運行標準測試程序得到微處理器各功能模塊功耗估計；

步驟4、通過在微處理器上仿真運行多個測試程序獲取微處理器各功能模塊功耗誤差信息，計算功能模塊功耗誤差間的相關性矩陣，從而構建微處理器的功耗誤差關系矩陣；