面向温度优化的三维片上网络任务分配与调度方法研究

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1、中图分类号：TN47论文编号：102870416-SZ005学科分类号：085208硕士学位论文面向温度优化的三维片上网络任务分配与调度方法研究研究生姓名刘兆瑞专业类别工程硕士专业领域电子与通信工程指导教师吴宁教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringResearcho

2、nTaskAllocationandSchedulingMethodfor3DNoCwithTemperatureOptimizationAThesisinElectronicandCommunicationEngineeringbyLIUZhaoruiAdvisedbyProfessorWUNingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2015承诺书本人郑重

3、声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。作者签名：日期：摘要在基于三维片上网络架构的多核片上系统中，处理器所执行任务在MPSoC

4、中的位置决定了系统计算功耗的分布与通信功耗的大小，对芯片温度产生重要影响。任务分配和任务调度分别在MPSoC运行初期以及运行过程中决定任务的分布情况，因此，研究MPSoC中的任务分配与任务调度，对实现MPSoC的温度优化具有非常重要意义。论文的主要工作是从MPSoC的任务分配、温度信息共享以及任务调度三个方面着手，设计基于任务的温度优化机制，实现基于三维片上网络架构的多核片上系统的温度优化。论文首先通过建立和分析3DNoC通信能量模型和热量模型，设计了一种兼顾处理器计算功耗、系统通信功耗以及系统

5、不同位置散热能力影响的任务分配算法3D-EOTA。该算法在减小通信功耗的同时，降低了系统的峰值温度。其次，针对任务调度过程中的温度信息全局共享问题，在分析了传统的多播路由算法的基础上，提出了一种充分利用公共传输路径以及TSV特性的多播路由算法3D-POM，并以此设计了温度信息全局共享机制。3D-POM不仅降低了通信延时，而且减小了系统的通信功耗。最后，论文在温度信息共享机制的基础上，通过构建温度预测模型以及任务迁移策略，设计了一种基于分布式的任务调度方法3D-DTS，避免了集中式温度管理带来的通

6、信阻塞与局部热点的风险，保证了系统运行过程中温度的均衡分布。在基于Noxim与HotSpot的仿真环境中，论文对设计的任务分配算法、多播路由算法以及任务调度方法分别进行了仿真验证。实验结果表明，当规模为4x4x3并基于随机测试样例情况下，相比最冷优先分配算法，3D-EOTA在系统通信功耗和峰值温度方面分别降低了52.23%和4.31K。与基于树的多播路由算法MXYZ相比，在只有多播通信的模式下，3D-POM的平均通信延时优化了4.76%，通信功耗优化了15.21%。当3DNoC的规模为8x8x3

7、时，3D-DTS相比于传统的任务调度算法，在热点时间和任务迁移次数方面分别减少3.59%和14.62%。关键词：3DNoC，温度优化，任务分配，多播路由算法，任务调度iABSTRACTInthemultiprocessorSystem-on-Chipbasedon3DNoC,thepositionofthetaskintheMPSoCdeterminesthedistributionofthecomputationalandcommunicationpowerconsumptionofthesy

8、stem,whichhasanimportantinfluenceonthetemperatureofthechip.TaskallocationandtaskschedulingdeterminethedistributionofthetaskintheinitialstageoftheMPSoCoperationandtheprocessofoperation,respectively.Therefore,it’sveryimportanttostudythetaskallocationan