[發(fā)明專利]一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710020074.5
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106874158A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王卓薇;程良倫
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F11/30
• 分類號: G06F11/30;G06F11/34
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所44329
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異構(gòu)系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法。

背景技術(shù)

功耗精確計量是面向特定體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行功耗優(yōu)化的基礎(chǔ)。目前關(guān)于異構(gòu)系統(tǒng)功耗計量方法的研究并不充分，大多是基于同構(gòu)系統(tǒng)功耗計量方法修改得到。然而，異構(gòu)系統(tǒng)由于集成有多種不同類型的處理器(主要分為主處理器與加速處理器)，各處理器不僅具有不同體系結(jié)構(gòu)；同時主處理器與加速處理器大都通過系統(tǒng)總線鏈接，在調(diào)度加速部件執(zhí)行加速計算的過程中必然引入額外的通信操作；另外加速處理器密集處理單元使得芯片溫度較一般處理器高，而溫度對靜態(tài)功耗會產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致靜態(tài)功耗比例在逐漸增大，因此面向異構(gòu)系統(tǒng)的功耗計量對象相比同構(gòu)系統(tǒng)會更加復(fù)雜。

傳統(tǒng)功耗計量的對象基本上都是單獨(dú)針對處理器部件或者整個處理器進(jìn)行建模，考慮的系統(tǒng)功耗與應(yīng)用程序的執(zhí)行過程無關(guān)，僅由處理器決定。然而在異構(gòu)系統(tǒng)中，由于編程模型或體系結(jié)構(gòu)上的限制，并行應(yīng)用程序大都采用通用微處理器與加速部件依次執(zhí)行不同計算段的方式來完成整個應(yīng)用，并且隨著異構(gòu)并行處理技術(shù)及其支撐環(huán)境的不斷完善，越來越多的并行程序?qū)⒉捎卯悩?gòu)多處理器并行組合處理單個并行計算段的方式，以充分開發(fā)系統(tǒng)并行處理的優(yōu)勢。同時，由于異構(gòu)系統(tǒng)中主處理器與加速部件間大都通過PCI接口傳遞數(shù)據(jù)，其單項峰值帶寬僅為8GB/s,特別是以GPU為代表的加速處理器顯存容量已經(jīng)很難滿足科學(xué)計算應(yīng)用的需求，進(jìn)一步增大了數(shù)據(jù)通信帶寬的壓力，對于大量數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，處理器間的數(shù)據(jù)通信開銷對異構(gòu)系統(tǒng)高功耗造成了不小影響。隨著集成電路進(jìn)入納米工藝，漏電流靜態(tài)功耗已超過動態(tài)功耗，成為了芯片功耗的主要來源。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從全程序角度建立異構(gòu)系統(tǒng)功耗計量方法，有效降低系統(tǒng)能耗，更為高效開發(fā)異構(gòu)系統(tǒng)效能優(yōu)勢，本發(fā)明提出一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法，包括步驟

S1：針對異構(gòu)多處理器并行處理單個并行計算段，根據(jù)同一類型處理器或多種不同類型處理器完成計算段的不同方式，分析同構(gòu)計算段程序執(zhí)行時間對該計算段動態(tài)功耗的影響，建立同構(gòu)計算段功耗與執(zhí)行時間關(guān)系，獲得基于同構(gòu)程序劃分的動態(tài)功耗表示方法；

S2：分析時間約束條件下單個計算段達(dá)到功耗最優(yōu)的條件，建立異構(gòu)計算段功耗與執(zhí)行時間關(guān)系，獲得基于異構(gòu)程序劃分的動態(tài)功耗表示方法；

S3：在同構(gòu)計算段程序中，以并行數(shù)據(jù)規(guī)模為對象，分析主處理器與加速處理器之間數(shù)據(jù)傳輸對通信能耗的影響，獲得同構(gòu)計算段通信能耗表示方法；

S4：在異構(gòu)計算段程序中，以并行執(zhí)行任務(wù)為對象，利用異構(gòu)處理器實際效能與任務(wù)特征的直接關(guān)系，分析單個計算段中具有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的多個并行任務(wù)劃分對通信能耗的影響，獲得異構(gòu)計算段通信能耗表示方法；

S5：以多核處理器芯片為對象，利用處理器內(nèi)核的熱傳導(dǎo)特性，采用等效RC電路方法建立實時系統(tǒng)熱分析模型，求解芯片工作溫度；

S6：分析芯片漏電流與靜態(tài)功耗的相互關(guān)系，進(jìn)行曲線擬合，獲得漏電流與芯片溫度、電壓的函數(shù)關(guān)系式；

S7：引入兩個工作參考溫度，建立漏電流與溫度的二次函數(shù)，獲得靜態(tài)功耗與芯片溫度的函數(shù)關(guān)系式，建立基于實時溫度管理的靜態(tài)功耗計量表示方法。

進(jìn)一步地，步驟S6中所述進(jìn)行曲線擬合是使用HISPICE軟件完成的。

本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明分析并行程序在異構(gòu)系統(tǒng)上的執(zhí)行過程，關(guān)注多個并行段的功耗建模，同時考慮主處理器與加速處理器任務(wù)通信帶來的通信開銷，以及芯片溫度升高帶來的漏電流影響，從全程序角度，精確統(tǒng)計異構(gòu)并行系統(tǒng)功耗計算。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法流程圖；

圖2是本發(fā)明一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法整體框架示意圖；

圖3是本發(fā)明一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法的異構(gòu)并行程序分類圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參見圖1和圖2，本發(fā)明一種異構(gòu)系統(tǒng)全程序功耗計量方法，包括三個部分：

(1)建立多處理器多計算段劃分的程序執(zhí)行時間與動態(tài)功耗關(guān)系，包括步驟：