[发明专利]一种暗硅系统组合优化功耗预算估计与分配方法

权利要求书

1.一种暗硅系统组合优化功耗预算估计与分配方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：将应用程序映射定义为应用子任务放置在不同核心的一一对应过程，并将寻求最小化温度阈值与芯片均温之差以及最小化平均加权曼哈顿距离作为组合优化功耗预算问题的目标；

步骤2：根据应用任务间的通信关系，基于图论中Prim算法将任务图转换为最大生成树的形式；为减小通信损失，在考虑高通信量的同时，选择对后期映射影响较小的任务率先进行映射，因此，制定同时考虑树中层数和后代最大路径长度的映射规则，基于该规则建立模型，通过定量计算的优先级值大小决定映射顺序；详细步骤如下：

采用图论中的普里姆算法将原始任务图转换为最大生成树的形式，选择平均通信需求最大的任务为根进行转换；以V(k_i)表示k_i的连接边缘数，任务平均通信需求A(k_i)表示为：

以P(k_i)的大小表示k_i任务基于生成树获得的任务映射优先级：

其中，ω(k_i)表示生成树中该任务与其父任务间的通信量，S(k_i)表示该任务在生成树中的层数，C(k_i)表示该任务到其后代的最大路径长度，并以β参数决定其对映射顺序的影响；

步骤3：建立可靠性分析框架；首先，使用二元素窗口不断迭代以了解温度随时间的变化趋势，若趋势发生改变，则识别出该温度轨迹中的一个波峰或波谷，并进而得出所有波峰波谷值组成的折线图；接着，对该折线图采用雨流计数法获得由单位时间内温度快速变化导致的热循环；最后，基于Coffin-Mason公式和Miner准则对热循环失效机制进行定量分析；

步骤4：基于电学特性和热传导之间的二元特性，采用RC热阻网络模型对功耗和温度的关系进行建模；针对系统在恒定的输入功耗下长时间运行情况，去除RC热阻网络模型中温度的一阶微分项，将其转换为稳态温度模型；针对系统功耗处于实时变化的情况，考虑RC热阻网络中的热容对温度变化的影响，将其视为线性系统处理，以建立瞬态温度模型；基于稳态和瞬态两种模型，提出一种能综合考虑功耗预算、通信能耗与可靠性约束的组合优化方法进行核心映射选择；

步骤5：基于确定的映射核心位置，以凸二次规划问题形式，对此时的功耗预算进行求解。

2.根据权利要求1所述的一种暗硅系统组合优化功耗预算估计与分配方法，其特征在于：

所述步骤1中，应用程序均以通信任务图(Communication Task Graph，CTG)描述，定义为一个由三元组G＝G(K,D,ω)描述的有向无环图(Directed Acyclic Graph,DAG)；其中，K、D、ω分别表示应用中子任务、有向边缘、边缘权重的集合，基于NoC的暗硅系统被定义为架构特征图(Architecture Characterization graph，ACG)G′＝G′(N,L)，其中N、L分别表示NoC系统中核心集合和路由间的链路集合；每个核心模块包括一个可用处理单元(PE)和一个路由单元(R)；同时，网络上完成一次数据传输所需能耗与数据的传输距离和任务本身通信量的大小有关；定义平均加权曼哈顿距离(Average Weighted Manhattan Distance,AWMD)作为评估通信成本的指标，表示为：

其中，对于一个通信量为ω_i,j的有向边d_i,j∈D，h(n_m,n_n)表示其连接的任务k_i和k_j所对应核心位置n_m和n_n之间的曼哈顿距离；

当前系统最佳功耗预算以及映射选择描述为寻求最小化温度阈值与芯片均温之差，以及最小化AWMD：

其中，T为各核心位置的温度向量，T_th为各核心的阈值温度向量，“＜”为向量不等号。