異構眾核晶片的可擴展全局功耗管理機制與算法研究

《異構眾核晶片的可擴展全局功耗管理機制與算法研究》是依託湖南大學，由劉彥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：異構眾核晶片的可擴展全局功耗管理機制與算法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉彥
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

眾核晶片及系統可為應用程式提供高度並行性而成為高性能計算領域的研究熱 點，但晶片的動態異構性和功耗管理問題頗具挑戰。運行時的任務調度和功耗管理器需要快速適應晶片的變化來保證計算效能。本研究針對眾核晶片處理器核心數量不斷增加的特點，基於晶片內部程式性能計數器（PMC）設計具有良好準確性、可分解性、適應性和回響特點的功耗模型。然後針對眾核晶片所面臨的動態異構性設計功耗敏感運行時調度算法，並進一步構建層次化全局功耗管理機制。使用層次化的方式實現晶片級的可擴展功耗管理、核心級的任務映射與功耗規劃、以及運行時執行緒調度，使眾核晶片在面臨動態異構性時，在給定功率預算約束下保持一個高效能的計算水平。最後，我們將集成階段性研究成果，通過數值模擬、基於FPGA仿真平台和原型系統實測平台對所提算法和機制進行驗證。

結題摘要

異構多核系統可為應用程式提供高度並行性，但如何利用其各個層面的異構性進一步提升計算效能的依然頗具挑戰。應用程式和任務需要依據異構多核處理器不同計算核心和結構的特點對體系結構級的特徵進行感知，並且系統應該能在設計時或者運行時根據感知信息對任務調度和功耗管理進行調整和最佳化。本項目從幾種典型的異構多核系統的結構特徵入手，針對嵌入式系統、信息物理系統和高性能計算等套用領域的特點，在建模方法、專用算法的軟硬體協同設計和多核程式調度等多個方面進行了研究和探索。考慮到信息物理系統本質上的異構性和複雜性，提出一種從原始離散化數據出發建立連續化系統模型的新建模方法，通過反饋控制實現物理事件與計算系統之間的深度融合。針對集成了FPGA類型可重構單元的異構多核系統，重點研究了功耗約束條件下通信敏感的實時任務調度和關鍵算法在可重構計算單元上的最佳化設計問題。進一步針對對規模較大的異構多核系統研究了功耗敏感的任務調度和套用問題，提出了基於複製的功耗敏感調度算法、基於權重的自適應調度算法和動態異構性敏感的調度算法。針對信息物理系統和高性能計算兩類典型的異構多核系統套用場景，研究了混合關鍵系任務動態調度和儲存系統感知調度，提出了混合關鍵級多DAG動態調度算法和存儲系統放置策略。 本項目針對如何進一步提升異構多核系統的計算效能，基於多種異構多核平台在系統建模、軟硬體協同設計與套用開發和低功耗多核處理器任務調度算法等方面進行了探索，並進一步針對信息物理系統和分散式並行系統中的任務調度和放置策略進行了深入研究，取得了一系列重要研究成果。項目組發表研究論文14篇、教學論文1篇、申請發明專利3項、軟體著作權1項、獲科技獎勵1項，完成預期研究成果，為進一步提升異構多核系統的計算效能做出有益貢獻。