目前,多核體系結(jié)構(gòu)已占據(jù)了桌面微處理器市場的主導(dǎo)地位,但是由于缺乏核間通信和協(xié)作,大部分應(yīng)用程序都沒有充分利用多個(gè)處理器核的資源,效率較低,而且多核處理器的功耗密度增大,發(fā)熱量進(jìn)一步增加,局部過熱情況仍然存在。為了有效地估計(jì)多核處理器的核間通信和熱量行為,我們提出了一種實(shí)時(shí)功耗和溫度計(jì)算仿真方法學(xué),并在模擬器上予以實(shí)現(xiàn)。該模擬器是在我們之前的異構(gòu)雙核模擬器的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來,并將功耗模型Wattch和溫度計(jì)算方法TILTS集成其中,從而能夠仿真多核處理器的實(shí)時(shí)功耗和溫度。到目前為止,這是第一個(gè)基于SimpleScalar微體系仿真器的,具有核間通信功能的,能夠計(jì)算功耗和溫度的雙核性能模擬器。與其他性能模擬器相比,我們的優(yōu)勢在于可配置性和高效性,引入的計(jì)算開銷很小,這些在本文的實(shí)驗(yàn)比較部分將予以說明。該模擬器將有助于處理器設(shè)計(jì)早期階段功耗及溫度的估計(jì)和分析,以進(jìn)一步幫助設(shè)計(jì)者調(diào)整設(shè)計(jì)。 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

IBMCell處理器運(yùn)行溫度示意圖

我們需要一個(gè)能夠在設(shè)計(jì)過程中就能對芯片的功耗，溫度，性能有個(gè)整體評估的方案，也就是如圖2所示的一種設(shè)計(jì)方法。而且如果在設(shè)計(jì)早期就考慮熱量情況，將會(huì)顯著提高設(shè)計(jì)的效率，減少設(shè)計(jì)成本。于是，利用模擬器進(jìn)行前期研究成了一個(gè)有效可行的方法。圖 2 基于熱量分析的設(shè)計(jì)流程Figure 2 thermal based design flow1.2. 相關(guān)研究和本文的貢獻(xiàn)為了模擬處理器的行為并得到性能分析，學(xué)術(shù)界先后設(shè)計(jì)出了多個(gè)模擬器，其中以威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的 SimpleScalar[2]最為流行。SimpleScalar 是一個(gè)專用于體系結(jié)構(gòu)研究的指令集仿真環(huán)境，該環(huán)境包括指令集仿真器、交叉編譯器(Cross Compiler)，二進(jìn)制工具等完成仿真所需的工具。SimpleScalar 完全用 C 語言開發(fā)完成，其源代碼開放并可免費(fèi)用于教育科研用途。由于其優(yōu)秀的可擴(kuò)展性和可移植性，SimpleScalar 在國內(nèi)外很多大學(xué)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)研究中得到廣泛應(yīng)用。由于多核處理器概念的出現(xiàn)，國外很多研究機(jī)構(gòu)也適時(shí)提出了各種多核處理器的模擬器。同構(gòu)多核處理器模擬器方面，F(xiàn). R. Boyer，Yang, Liping

AMD，INTEL，SUN，HP，TI 等公司已經(jīng)相繼推出了商業(yè)的 CMP。圖 3是 IBM 的 POWER 系列處理器架構(gòu)。其中，POWER4[16]芯片是業(yè)界第一個(gè)正式發(fā)布的雙內(nèi)核處理器，其頻率達(dá)到 1.3GHz。每個(gè)內(nèi)核包含獨(dú)立的 64KB L1 指令緩存、32KB L數(shù)據(jù)緩存，兩個(gè)內(nèi)核共享三個(gè) 512KB L2 高速緩存區(qū)塊。Power4 的設(shè)計(jì)充分考慮了可擴(kuò)展性，多個(gè) Power4 處理器可以很容易地組成一個(gè)對稱多處理器系統(tǒng)（SMP）。Power5[17]于 200年 4 月發(fā)布，在體系結(jié)構(gòu)上，Power5 相對于 Power4 最大的改進(jìn)是引入了并發(fā)多線程（SMT）


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