[发明专利]一种众核暗硅芯片的实时功率预算技术

说明书

本发明属于电子设计自动化领域，设计一种众核暗硅芯片的实时功率预算技术。本发明对二维同构众核暗硅芯片进行芯片热建模，相较于传统的芯片模型，这里主要对芯片局部热模型进行使用。本发明设计的技术方案可以有效的在众核芯片系统中快速的进行功率管理，提升芯片性能并保证芯片可靠性。并且发明了一种低计算时间复杂度的选核算法适用于众核芯片系统均匀的开启核心保证芯片的热均匀性。对于功率预算计算过程中，首先分布式对各个开启核心建立了局部热模型，训练了封装瞬态温度的估计模型，然后根据前后开启核心分布匹配最佳封装估计曲线参数，将当前的芯片温度信息输入局部热模型计算出功率预算。最后根据功率模型，匹配核心电压以及频率。本发明对众核暗硅芯片的实时功率预算技术可以对二维同构众核暗硅芯片进行有效的热管理并且充分提高芯片性能。

技术领域

本发明属于电子设计自动化领域，具体涉及一种众核暗硅芯片的实时功率预算技术的实现与优化，可适用于二维同构多核芯片。

背景技术

在过去三十年中，芯片的制造工艺跟随着摩尔定律的预测以指数形式高速提升。在芯片技术发展早期，登纳德缩放定律(Dennard scaling)是摩尔定律取得成功的关键。然而，大致从2006年开始，登纳德缩放定律却开始失效，产生了“功率墙”。随着芯片工艺的进步，芯片的功率密度逐渐上升，使得芯片温度过高，芯片可靠性下降。为了杜绝这种情况的出现，不得不对芯片进行降频降压或关闭部分核心，由此形成了暗硅芯片。显而易见的，这种情况的出现极大程度地降低了芯片性能。

由于“功率墙”的存在，芯片功率密度也无法无限增长，因此Intel等公司不得不停止提升芯片运行频率，而采用增加芯片核心数量的方法将功率维持在可被接受的范围之内。因此针对众核暗硅芯片的功率热管理技术变得非常重要。

在当今的暗硅芯片系统中，现有的功率热管理方法TDP和TSP都是一种静态的方法而且由于为了确保芯片处于安全温度以下，这两种方法都假设芯片开启的核心处于最差的分布情况之下，因此给出的功率是远低于芯片实际能承受的功率的，大大降低了芯片性能。同时这些方法由于计算时间复杂度过大而且是集总式管理方法，无法适用于众核暗硅芯片系统中。

总而言之，针对上述问题，提出一种可以对二维同构多核心处理芯片的实时功率预算技术，对当前和未来高功率密度的多核心处理器芯片研究工作都是非常重要的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种众核暗硅芯片的实时功率预算技术。本发明提出的技术着眼于实时功率热管理，因此针对众核暗硅芯片系统，采用了局部热模型和分布式功率预算算法来完成功率管理。本发明优化的目标是找出均匀分布的开启核心，并各自给出设定安全温度阈值下最高功率预算。这种功率预算技术首先根据输入量需要开启的核心数量，通过一种低计算时间复杂度的同构多核选核算法输出开启核心分布。之后每个需要开启的核心根据相邻核当前温度信息和相邻开启核心数估计出对应封装稳态温度。然后已知当前开启核心分布与上一管理时刻开启核心分布根据离线训练的查找表找出最拟合的封装瞬态变化曲线。最后每个开启核心根据估计出的封装瞬态温度和相邻核温度传感器信息基于局部热模型计算出功率预算。此时完成了一个分布式热管理周期。

本发明采用以下技术方案解决上述问题：

步骤一，从Hotspot中提取出二维同构多核芯片的热模型，其中包括芯片层，热介质层，散热传导层，散热层。提取出的热模型输出为信息矩阵其中包括G电导信息矩阵、C电容电感信息矩阵、B功率输入矩阵。

步骤二，因为众核芯片系统核心数量多，所以使用整体热模型矩阵需要很大计算时间复杂度。我们针对每个核心构建局部热模型其只包括核心自己和周围相邻核心的模型信息。