一种基于关键路径分析的犆犘犝犌犘犝异构系统综合能耗优化方法

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1、第３５卷第１期计算机学报Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１２０１２年１月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＪａｎ．２０１２一种基于关键路径分析的犆犘犝犌犘犝异构系统综合能耗优化方法林一松杨学军唐滔王桂彬徐新海（国防科学技术大学并行与分布处理国家重点实验室长沙４１００７３）摘要ＧＰＵ强大的计算性能使得ＣＰＵＧＰＵ异构体系结构成为高性能计算领域热点研究方向．虽然ＧＰＵ的性能／功耗比较高，但在构建大规模计算系统时，功耗问题仍然是限制系统运行的关键因素之一．现在已有的针对ＧＰＵ的功耗优化研究主要关注如何降低ＧＰＵ本身的功耗

2、，而没有将ＣＰＵ和ＧＰＵ作为一个整体进行综合考虑．文中深入分析了ＣＵＤＡ程序在ＣＰＵＧＰＵ异构系统上的运行特点，归纳其中的任务依赖关系，给出了使用ＡＯＶ网表示程序执行过程的方法，并在此基础上分析程序运行的关键路径，找出程序中可以进行能耗优化的部分，并求解相应的频率调节幅度，在保持程序性能不变的前提下最小化程序的整体能量消耗．关键词异构系统；ＧＰＵ；ＡＯＶ网络；动态电压／频率调节；低功耗优化中图法分类号ＴＰ３０２犇犗犐号：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１２．００１２３犃狀犐狀狋犲犵狉犪狋犲犱犈狀犲狉犵狔犗狆狋犻

3、犿犻狕犪狋犻狅狀犃狆狆狉狅犪犮犺犳狅狉犆犘犝犌犘犝犎犲狋犲狉狅犵犲狀犲狅狌狊犛狔狊狋犲犿狊犅犪狊犲犱狅狀犆狉犻狋犻犮犪犾犘犪狋犺犃狀犪犾狔狊犻狊ＬＩＮＹｉＳｏｎｇＹＡＮＧＸｕｅＪｕｎＴＡＮＧＴａｏＷＡＮＧＧｕｉＢｉｎＸＵＸｉｎＨａｉ（犖犪狋犻狅狀犪犾犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔犳狅狉犘犪狉犪犾犾犲犾犪狀犱犇犻狊狋狉犻犫狌狋犲犱犘狉狅犮犲狊狊犻狀犵，犖犪狋犻狅狀犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犇犲犳犲狀狊犲犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犪狀犵狊犺犪４１００７３）犃犫狊狋狉犪犮狋ＧＰＵ’ｓｐｏｗｅｒｆｕｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｂｉｌ

4、ｉｔｙｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｆｉｅｌｄｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ａｎｄｔｈｅＣＰＵＧＰＵｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｈａｓｂｅｃｏｍｅａｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ／ｗａｔｔｒａｔｉｏｏｆｔｈｅＧＰＵｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｇｅｎｅｒａｌｐｕｒｐｏｓｅＣＰＵ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｉｓｓｔｉｌｌｏｎｅｏｆｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐ

5、ｒｏｂｌｅｍｓｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＣＰＵａｎｄＧＰＵ．ＭｏｓｔｅｘｉｓｔｅｄｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｒｉｅｎｔｅｄｔｏｔｈｅＧＰＵｆｏｃｕｓｏｎｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅＧＰＵｓｏｌｅｌｙ．ＦｅｗｗｏｒｋｓｈａｖｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｇｒａｍｉｎｖｏｌｖｅｄｔｈｅＣＰＵａｎｄｔｈｅＧＰＵ．Ｉｎｔｈｉｓｐ

6、ａｐｅｒ，ｗｅａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｘｅｃｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＣＵＤＡｐｒｏｇｒａｍｏｎｔｈｅＣＰＵＧＰＵｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｓｙｓｔｅｍｄｅｅｐｌｙ，ａｎｄｉｎｄｕｃｅｔｈｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆｔａｓｋｓｉｎｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｎ，ｗｅｄｅｓｃｒｉｂｅｈｏｗｔｏｅｘｐｒｅｓｓｔｈｅｅｘｅｃｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｗｉｔｈＡＯＶｎｅｔｗｏｒｋ，ｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈｗｅｐｒｏｐｏｓｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｏｐｔｉｍｉｚ

7、ａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＯｕｒｍｅｔｈｏｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｆｒｏｍｔｈｅＡＯＶｎｅｔｗｏｒｋ，ｄｅｔｅｃｔｓｔｈｅｔａｓｋｓｔｈａｔｃａｎｂｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｆｏｒｅｎｅｒｇｙａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｃａｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｇｒａｍ’ｓｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｗｈｉｌｅｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｓｙｓｔｅｍ；ＧＰ

8、Ｕ；ＡＯＶｎｅｔｗｏｒｋ；ＤＶＦＳ；ｌｏｗｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ收稿日期：２０１１０１１３；最终修改稿收到日期：２０１１０５１８．本课题得到国家自然科学基金（６０９２１０６２，６０８７３０１６）资助．林一松，男，１９８３年生，硕士，主要研究方向为高性能计算和低功耗优化．Ｅｍａｉｌ：ｌｉｎｙｉｓ