Προσαρμογή συχνότητας και τάσης λειτουργίας για τη βελτιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας επεξεργαστών

• Main Author: Σπηλιόπουλος, Βασίλειος
• Other Authors: Καξίρας, Στέφανος
• Language: gr
• Published: 2010
• Subjects: Επεξεργαστές; Εξοικονόμηση ενέργειας; Υπερβαθμωτοί επεξεργαστές; Δυναμική ρύθμιση τάσης – συχνότητας; 621.395; Processors; Energy saving; Superscalar processors; Dynamic voltage - frequency scaling (DVFS)
• Online Access: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/2909

Η σύγχρονη αρχιτεκτονική στρέφεται σε λύσεις που έχουν ως στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας, χωρίς όμως να επιβαρύνεται σε μεγάλο βαθμό η απόδοση του επεξεργαστή. Ιδιαίτερα οι υπερβαθμωτοί (superscalar) επεξεργαστές που επιτρέπουν εκτέλεση εκτός σειράς (out-of-order execution) διακρίνονται από υψηλή κατανάλωση ενέργειας, εξαιτίας των πολύπλοκων δομών που χρησιμοποιούν για την αύξηση της απόδοσης. Η δυναμική ρύθμιση τάσης – συχνότητας (DVFS) αποτελεί μία ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας. Μειώνοντας τη συχνότητα λειτουργίας ενός κυκλώματος, είναι δυνατόν να μειωθεί και η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος. Με τον τρόπο αυτό ελαττώνεται και η ενέργεια που καταναλώνει το κύκλωμα. Σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός μηχανισμού πραγματικού χρόνου που θα ρυθμίζει τη συχνότητα και την τάση λειτουργίας ενός superscalar, out-of-order επεξεργαστή ώστε να επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας χωρίς μεγάλη μείωση της απόδοσης του επεξεργαστή. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ελαττώνοντας τη συχνότητα και την τάση κατά τις περιόδους που ο επεξεργαστής εκτελεί πολλές λειτουργίες μνήμης. Η εξομοίωση του μηχανισμού μας για μία σειρά από μετροπρογράμματα δείχνει ότι μπορούμε να επιτύχουμε μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας χωρίς σημαντική αύξηση του χρόνου εκτέλεσης των προγραμμάτων. === Modern research in computer architecture focuses on techniques whose purpose is to save energy, without much loss in processor's performance. Especially superscalar processors that allow out of order execution are characterized by high energy consumption, because of the complex structures the use in order to increase performance. Dynamic Voltage - Frequency Scaling (DVFS) is a widely used technique for energy saving. Reducing the frequency of the processor's clock, it is possible to reduce the supply voltage. In this way the consumed energy is also reduced. The purpose of this diploma thesis is to create a real time mechanism that will scale the frequency and the voltage of a superscalar, out of order processor so that the processor saves energy without much loss in processor's performance. This can be made by reducing the frequency and the voltage during the periods that the processor executes many memory functions. The simulation of our mechanism for a variety of benchmarks proved that we can save much energy without much increase in the benchmark's execution time.