系统级动态热管理关键技术分析

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1、插图目录表格目录表3-1specrand在其5个运行时间段的CPI和平均温度对比......................36表3-2tiff2rgba在发生高速缓存缺失后的温度变化......................................37表3-3tiffmedian在发生高速缓存缺失后的温度变化....................................41表4-1基准程序分组（低负载）....................................

2、................................48表4-2基准程序分组（正常负载）................................................................48表4-3基准程序分组（高负载）....................................................................48表4-4基准程序分组.......................................

3、.................................................53表4-5三种模式下处理器平均/峰值温度以及性能损失比较.......................54IX中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：___________签字日期：

4、_______________中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。□公开□保密（____年）作者签名：_______________导师签名：_

5、______________签字日期：_______________签字日期：_______________第1章绪论第1章绪论随着处理器制造工艺水平的进一步提高，芯片面积被进一步缩小，同时出现了如超线程，同时多线程和片上多处理器等技术，这些技术促使更多的计算资源被集中在一块更小的芯片区域里，导致现代处理器的功耗，能耗以及热耗问题变得越来越严重。本章将通过分析国内外对于这些问题的研究现状和已有的成果，引出本文的研究价值和工作重点，并概括本文的组织形式。1.1引言微处理器设计技术的进步不断的提高处

6、理器的性能同时也导致了更高的片上器件密度，但是器件集成度的提高并不会无限的提高处理器的性能。现代处理器芯片单位面积计算资源的增加导致了严重的功耗密度以及随之发生的温度热点问题。文献[1]指出当处理器温度上升10-15摄氏度后，电路的寿命会缩短一半。不仅如此，由于处理器功耗的上升以及随之而来的温度升高导致处理器封装和冷却系统设计成本升高[2][3]。因此，功耗和温度问题对处理器频率提升的制约促使了新一代的低频率多核处理器的问世。但是处理核之间和单个核内部不同区域的温度热点问题仍然是一个需要解决的难

7、题。动态热管理（DTM）技术[4]被广泛的应用于处理器温度的在线控制，当处理器温度超过预期的温度上限时，这些技术可以通过降低系统性能来减少功耗消耗。这些技术包括，如全局时钟控制（GlobalClockGating），时钟节流（Clock-Throttling），动态电压频率缩放（DynamicVoltageFrequencyScaling）等等。但是，这些硬件控制技术会对那些需要较高运行性能的应用造成很大的影响。文献[5]提出一种研究方向，即将处理器的功耗尽量平均分布给其多个核心，这种方法有效的

8、解决了处理器的温度热点问题，却并不会带来较高的性能损失。从静态设计的角度来看，这种方法将会使得处理器设计朝着更多的核心而每个核心相对简单的方向发展。但是，仅仅通过硬件控制或芯片设计来解决处理器温度热点问题并不是很有效。因为从系统级的角度来进行功耗，能耗和温度控制具有更短的设计周期同时更广的控制面，如图1-1所示。更重要的是从系统级的层次进10第1章绪论行温度控制的方法带来的系统性能损失非常有限。图1-1各层次节能潜力和设计效率比较本文将重点研究在系统级的层次通过任务调度手段来进行处理器温度控制的