[发明专利]一种以高能效为目标的芯片功率预算估计方法

说明书

本发明属于电子设计自动化领域，公开了一种以高能效为目标的多核芯片功率预算估计方法。本发明充分考虑了多核芯片静态功耗与温度之间的非线性关系，计算出的功率预算更为准确；由于传统的通过建立与芯片各个核心电源电压和频率相关，以芯片能效为目标的优化问题过于复杂，我们通过引入热影响因子，将这一优化问题转化为求解各个核心最高能效对应温度，将高能效优化问题简化为以温度为中心的优化问题；进而基于贪心算法，此方法可以得到在高能效下最大化性能的亮核分布；结合瞬态模型，本发明可以实时地以高能效为目标的对芯片功率预算进行估计。

方法领域

本发明属于电子设计自动化领域。

背景方法

伴随着登纳德缩放定律的失效，器件的功率密度不断上升，逼近功耗墙。为了保证芯片安全，研究者提出了通过任务迁移和动态电压频率调节的方法来管理多核芯片的热性能。芯片功率预算估计方法可以更好地引导这些热管理行为，在保证芯片安全的前提下实现性能或能效的最大化。

传统芯片功率预算估计方法没能考虑到漏电流，即静态功耗和温度之间的非线性关系。随着漏电流的显著增大，静态功耗在整体功耗中比例明显上升。此外，静态功耗和温度之间存在着指数型正反馈型的关系：伴随着温度上升，静态功耗增加，静态功耗的增加进一步导致了温度的上升。静态功耗的估计问题成为了制约传统芯片功率预算估计方法应用的重要因素。

之前多数芯片功率预算估计方法以最大化芯片性能为目标，在移动设备流行的当下，高能效的重要性更加凸显。

针对以上问题，提出一种能够精确考虑静态功耗的以高能效为目标的多核芯片功率预算估计方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对上述不足和难点，本发明提出一种以高能效为目标的多核芯片功率预算估计方法。通过引入准确的功率模型和芯片的热模型，并考虑漏电流与温度之间的非线性关系，构造以能效为目标的优化问题。该优化问题通过计算每个核心的最高能效对应温度可以转化为以最小化所有亮核当前温度和目标温度之差的和的优化问题。通过贪心算法，大大降低求次优亮核分布的复杂度，可以用于实时的以高能效为目标的多核芯片功率预算估计。

本发明采用的方法方案为：

步骤一，从Hotspot中提取多核芯片的热模型参数，主要是芯片上热电容和热电阻参数以及芯片包装对应的热模型参数，建立准确的多核芯片热模型。

步骤二，对于静态功率和温度相互依赖的关系，采用泰勒展开的线性化方法，实现非线性静态功率模型的线性化，为静态功率的准确快速估计和以高能效为目标的芯片功率预算估计提供了前提条件。

步骤三，在稳态下，结合芯片热模型和功率模型，构建以能效为目标的优化问题。因为该优化问题复杂度过高，不能应用于实时的芯片功率预算估计方法。为了克服这个问题，我们提出将该优化问题转化为以最小化亮核温度差之和为中心的优化问题。并证明求解该优化问题可以得到固定亮核分布对应的最高能效的芯片功率预算。

步骤四，由于求解对应最高性能的亮核分布复杂度过高，我们通过贪心算法，以低计算复杂度得到了对应最高能效下最高性能的芯片功率预算估计值。

步骤五，在瞬态下证明以温度为中心的优化问题适用于瞬态情况，进而可以在瞬态下实时求得对应最高能效下最高性能的芯片功率预算估计值。

本发明的优点主要包括：

1.本发明方法具备通用性和移植性，适用于不同核心数目的多核芯片

2.本发明证明对于固定亮核分布，存在唯一的亮核目标温度值，可以使芯片能效最高

3.本发明在考虑静态功耗与温度之间非线性关系的同时，可以实时给出以高能效为目标的芯片功率预算估计值

附图说明