[發明專利]一種功耗均衡的指令調度優化方法、系統、裝置及介質

在審

• 申請號: 202110946882.0
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113792352A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 粟濤;楊鑫
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06F21/75
• 分類號: G06F21/75;G06F9/38
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 梁嘉琦

本發明公開了一種功耗均衡的指令調度優化方法、系統、裝置及介質，方法包括：確定指令類型與瞬時功耗的第一映射關系；獲取第一指令序列，根據所述第一映射關系確定所述第一指令序列中各個指令的第一瞬時功耗；根據所述第一瞬時功耗對所述第一指令序列進行調度優化。本發明可以使具有一定指令層特征的瞬時電流變化趨于平緩、瞬時功耗盡量達到均衡，這樣一方面就無法從瞬時功耗層面推測處理器的運行狀態以及敏感的指令信息等，可以隱藏處理器運行狀態，有效地防御了側信道攻擊，提高了處理器系統的安全性；另一方面緩解了瞬時電流突變現象，有效降低了高頻電磁輻射，從而降低了對人體和環境的危害。本發明可廣泛應用于處理器技術領域。

技術領域

本發明涉及處理器技術領域，尤其是一種功耗均衡的指令調度優化方法、系統、裝置及介質。

背景技術

數字電路中，各功能電路模塊均是基于晶體管的集合，不同的電路功能會激活不等數量的晶體管處于工作模式。數字計算涉及在邏輯1和邏輯0之間的轉換值，每次轉換都在消耗著能量，代表著電荷轉移，外部表現為不同的瞬時電流。不同組的轉換事件中由于處于“活動”狀態下的晶體管數量不等，那么其瞬時電流也隨著具體的“活動”晶體管數量發生變化。

處理器是極其復雜的系統，由相互作用的功能塊組成。然而這種內部復雜性隱藏在一個簡單的接口-指令集。瞬時能量消耗依賴于設備所處理的數據和設備所執行的操作。每條指令都涉及處理器各個單元的特定處理活動，處理活動由相關聯的電路活動來執行，這些電路活動是每個指令的特征，可以隨指令發生變化。

處理器正常運行情況下，不同指令在側信道等外部表現中呈現不同的瞬時功耗變化特征，這些固有瞬時電流差異屬性能被有效探測并分析，通過對泄露信息的分析可以窺探到指令層級相關的信息從而提取敏感數據，對處理器系統而言，這將是一個巨大的安全隱患。此外，與指令相關的瞬時功耗特征通常和尖峰電流值對應，也即瞬時功耗曲線在某些時刻點發生突變，而瞬時電流突變屬于高頻信號，頻率越高，波長越短，當電磁波的波長長度與芯片封裝尺寸處于同一數量級時，其成為有效輻射體，產生較為嚴重的電磁輻射效應，對人體和環境產生危害。

發明內容

本發明的目的在于至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明實施例的一個目的在于提供一種功耗均衡的指令調度優化方法，該方法可以使具有一定指令層特征的瞬時電流變化趨于平緩、瞬時功耗盡量達到均衡，這樣一方面就無法從瞬時功耗層面推測處理器的運行狀態以及敏感的指令信息等，可以隱藏處理器運行狀態，有效地防御了側信道攻擊，提高了處理器系統的安全性；另一方面緩解了瞬時電流突變現象，有效降低了高頻電磁輻射，從而降低了對人體和環境的危害。

本發明實施例的另一個目的在于提供一種功耗均衡的指令調度優化系統。

為了達到上述技術目的，本發明實施例所采取的技術方案包括：

第一方面，本發明實施例提供了一種功耗均衡的指令調度優化方法，包括以下步驟：

確定指令類型與瞬時功耗的第一映射關系；

獲取第一指令序列，根據所述第一映射關系確定所述第一指令序列中各個指令的第一瞬時功耗；

根據所述第一瞬時功耗對所述第一指令序列進行調度優化。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述確定指令類型與瞬時功耗的第一映射關系這一步驟，其具體包括：

確定處理器的架構信息和門級網表信息；

根據所述架構信息和所述門級網表信息構建指令功耗估計模型；

根據所述指令功耗估計模型確定各個指令類型與瞬時功耗的第一映射關系。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述確定指令類型與瞬時功耗的第一映射關系這一步驟，其具體包括：