[发明专利]基于有限数目温度传感器的三维片上网络温度重建系统

说明书

本发明公开了一种基于有限数目温度传感器的三维片上网络温度重建系统，该系统采用高斯和滤波器来重建三维片上网络芯片的温度，高斯和滤波器用若干高斯分布的加权和近似一个非高斯分布，因此若干高斯项滤波结果可被合并成一个等效高斯项；所述高斯和滤波器硬件架构是一个可重用架构，该可重用架构可实现计算资源和存储资源的复用，其包含三部分：可重用控制器、存储资源、计算单元阵列。本发明可以有效解决温度传感器数目有限且噪声为非高斯的情况下，三维片上网络温度重建的问题，本发明述及的可重用高斯和滤波器硬件架构可以提高计算资源和存储资源的利用率，同时减少面积、降低功耗。

技术领域

本发明属于片上网络领域，具体涉及一种基于有限数目温度传感器的三维片上网络温度重建系统。

背景技术

三维片上网络系统相较于二维片上网络系统具有更高的吞吐率，更低的平均延时，但是由于三维芯片堆叠的原因，单位面积上的功耗也更高，从而导致三维片上网络面临着严峻的温度问题。在许多多核或者众核芯片中，温度控制都是设计中需要考虑的问题，而温度传感器是开展温度控制的基础。但是，由于温度传感器带来的成本、面积、功耗等开销，一般而言，一个芯片上可以部署的温度传感器的数目是受限的。

对于一个温度传感器数目受限的系统来说，温度重建技术是必需的，因为它保证了能够根据温度传感器的观测值实时对整个芯片的温度进行重建。温度重建技术应用中存在一个问题，就是温度传感器测量噪声的问题，噪声显然对重建精度有着重要的影响。在实际情况中，温度传感器测量噪声的精度受到诸多因素的影响，比如制程的差异、量化误差、供电电压的波动等等。在已有的文献中，测量噪声通常假设为高斯噪声，这种假设尽管简单但是在大多数情况中会引入不精确性，因为真实的测量噪声很有可能受到异常因素的干扰而呈现非高斯性。因此，对于设计人员而言，在非高斯噪声下如何精确重建温度是一个大的挑战。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种非高斯噪声下基于有限数目温度传感器的三维片上网络温度重建架构，该架构可以有效解决温度传感器数目有限且测量噪声为非高斯的情况下，三维片上网络的温度重建问题；本发明另一目的是提供一种高能效的非高斯噪声下基于有限数目温度传感器的三维片上网络温度重建硬件架构，具体由以下技术方案实现：

所述基于有限数目温度传感器的三维片上网络温度重建系统，所述系统通过高斯和滤波器重建三维片上网络芯片的温度，高斯和滤波器将若干高斯项滤波结果合并成一个等效高斯项，包括三个阶段：预测阶段、更新阶段、权重更新阶段，该系统具体包括如下三个部分：

可重用控制器，配置计算单元之间的互连以及控制高斯和滤波器的进程；

存储资源，由常数存储器和数据存储器组成；

计算单元阵列，由常用浮点运算单元组成，所述运算单元通过交叉开关连接；在高斯和滤波器的预测阶段，所述系统根据上一时刻温度状态估计值预测温度并求出对应的误差协方差，计算过程如式(1)：

其中，A(k,k-1),B分别是基于状态空间的三维片上网络热模型的状态转移矩阵和输入矩阵，A(k,k-1)^T是A(k,k-1)的转置，W是基于状态空间的热模型中过程噪声的协方差矩阵，u(k)是各节点k时刻的功耗，是该模型的输入，分别是k-1时刻的后验温度估计值、k时刻的先验温度估计值与两者对应的误差协方差；

在高斯和滤波器的更新阶段，所述系统将一个新的观测值与上一次预测值相结合得到一个改进的后验估计值，计算过程如式(2)：