考虑热电耦合效应的缓冲器插入功耗优化

为了改善芯片的功耗和温度特性,提出了一种缓冲器插入功耗优化方法.该方法基于延时、功耗和温度三者之间的热电耦合效应,给出了相应的延时、功耗和热模型;通过在允许的范围内牺牲部分延时来优化功耗,并在优化过程兼顾温度对延时和功耗的影响以及互连电感效应对延时的影响,利用Matlab软件求得最佳优化结果.采用该方法针对65 nm和45 nm工艺节点的缓冲器插入进行分析和验证的结果表明了其有效性.文中同时指出忽略互连电感效应会低估芯片的优化稳态功耗和温度.     

多核处理器的功耗估算模型

精确的功耗估算能够为操作系统调度、软/硬件能效优化提供有效的指导.以往的研究表明:通过监测处理器内部相关硬件事件(如提交的指令数、Cache访问次数等),可以对功耗进行估算.但是,已有的相关功耗模型的精度并不理想,误差通常在5%以上.通过分析处理器提供的硬件事件,并在众多事件中筛选出一组与程序运行功耗密切相关的事件,使用逐步多元线性回归分析,建立了一个与应用无关的实时功耗估算模型,该模型可以直接移植到支持SMT的平台上.通过PARSEC和SPLASH2两个基准测试程序集进行了验证,估算误差分别为3.01%和1.99%.针对建模耗时长的问题,提出了基于两阶聚类的优化改进方法.所提出的估算模型能为构建具有动态平衡功耗和平滑峰值功耗的智能功耗感知系统提供借鉴.     

基于预防性散热的服务器功耗优化方法研究

随着互联网行业的高速发展和5G时代的到来,对于高性能服务器和存储设备的需求越来越大,但同时对于设备功耗优化的要求也越来越高。提出了一种基于预防性散热的功耗优化控制策略对服务器的功耗进行优化。首先获取设备的最高温度,与温度阈值比较后设为参考点,通过评估参考点的电流变化来预测温度变化的趋势,随后发出相对应的控制信号来预先调节风扇转速,达到功耗优化的目的。搭建了实验系统,并针对系统的功耗优化问题,设计不同周期相同占空比、相同周期不同占空比以及不同温度3组实验来对所提控制策略进行验证,实验结果表明所提出的控制策略可以有效地降低设备功耗。     

功能部件的输入翻转敏感功耗模型

功耗评估是进行低功耗研究的基础.在高层评估中体系结构级的功耗评估策略主要有两种:基于活动和基于翻转的评估.文章采用了基于输入翻转敏感的方法为功能部件进行功耗建模,该模型考虑了功耗中的数据依赖性,能得到比较精确的功耗评估结果.     

片上实时功耗监控与估测的分析设计

为了给操作系统提供实时的芯片热点和功耗统计信息,以便进行快速、准确的实时功耗管理,基于龙芯2号处理器核,提出一个基于门控时钟统计的实时功耗监控系统.通过记录处理器门控时钟的翻转信息来获得芯片热点分布状态,并使用在芯片设计流程中由门级网表仿真而建立的功耗模型进行硬件计算,最终获得向操作系统提供的实时功耗数据.文中提出的实时功耗监控系统具有硬件集成、结构无关、快速、自身开销小、对处理器性能影响小、准确性高等优点.实验结果表明,将该实时功耗监控系统应用在FPGA平台上的功耗估测速度比传统仿真速度提高近40倍,精确度与Synosys公司的EDA工具测量相比可以保持在5%以内.     

PRESENT相关功耗分析攻击研究

对PRESENT分组密码抗相关功耗分析能力进行了研究。基于汉明距离功耗模型,提出了一种针对PRESENT S盒的相关功耗分析方法,并通过仿真实验进行了验证。结果表明,未加防护措施的PRESENT硬件实现易遭受相关功耗分析威胁,5个样本的功耗曲线经分析即可恢复64位第一轮扩展密钥,将80位主密钥搜索空间降低到216,因此,PRESENT密码硬件实现需要对此类攻击进行防护。     

算法级能耗分析方法研究

功耗现已成为嵌入式系统设计中一个重要的约束条件,而设计早期在高层所作的功耗评估与优化对整个系统能耗的影响最为显著。论文通过对指令级功耗模型进行研究得到一个算法级的功耗模型,并提出了基于此模型的静态算法能耗效率分析方法,它可以帮助设计者选择能耗较低的算法,对软/硬件系统设计中的功耗优化也有一定的作用。文中最后在功耗评估平台对算法实例进行模拟测试,试验结果验证了此分析方法的有效性。     

基于I/O空闲率的硬盘功耗建模与评估方法研究

存储设备的功耗在整个计算机系统尤其是数据中心所占的比例已经越来越大。要进行硬盘功耗优化,在缺少硬件直接测量硬盘功耗的情况下就需要对硬盘功耗进行建模。现代操作系统通过文件系统层进行硬盘I/O操作管理,并提供实时监控数据。通过对EXT2、EXT4和NILFS2等常用文件系统的硬盘I/O过程进行实验分析,发现不同的文件系统对硬盘功耗具有不同的影响,为了刻画这种差异性,提出基于I/O空闲率的硬盘功耗建模与评估方法。同时使用I/O空闲率来指导硬盘进行功耗优化,将视频播放器的I/O空闲率由4.79%提高到96.55%,硬盘的功耗降低45.28%。     

AES密码芯片的相关性功耗分析仿真

介绍了CMOS逻辑电路功耗泄露原理,建立了AES密码芯片运算时的功耗泄露模型,设计了相关性功耗分析(CPA)仿真方法.该方法根据部分猜测密钥的模拟功耗与整个正确密钥功耗之间的相关系数大小来确定猜测密钥的正确性,由此逐步推测整个密钥.仿真结果表明了未加防御措施的AES硬件面临CPA攻击时的脆弱性.     

基于指令聚类与指令调度的嵌入式软件功耗优化研究

选用指令级能耗评估模型，提出和验证了一种基于指令聚类与指令调度的功耗优化方案．该方案采用深度优先算法搜索局部最优解，挑选出能耗较小的一种指令序列．又兼顾测试工作量与精确度，将能耗相似的指令归入同类，有效降低了获取相邻指令切换能耗参数的工作量过大这一问题．通过分析基于SimpleSealar／Wattch模拟器的实验结果，指出仅用指令调度技术进行指令级功耗优化，其效果有限，为了提高优化效率，必须进行更高级别的功耗评估与优化．     

静态程序切片的GPU通用计算功耗预测模型

随着图形处理器通用计算的发展,GPU(graphics processing unit)通用计算程序功耗的度量与优化成为绿色计算领域中的一个基础问题。当前,GPU 计算能耗评测主要通过硬件来实现,而开发人员无法在编译之前了解应用程序能耗,难以实现能耗约束下的代码优化与重构。为了解决开发人员评估应用程序能耗的问题,提出了针对应用程序源代码的静态功耗预测模型,根据分支结构的疏密程度以及静态程序切片技术,分别建立分支稀疏和稠密两类应用程序的功耗预测模型。程序切片是介于指令与函数之间的度量粒度,在分析GPU应用程序时具有较强的理论支持和可行性。用非线性回归和小波神经网络建立两种切片功耗模型。针对特定 GPU 非线性回归模型的准确性较好。小波神经网络预测模型适合各种体系的 GPU,具有较好的通用性。对应用程序分支结构进行分析后,为分支稀疏程序提供加权功率统计模型,以保证功耗评估算法的效率。分支稠密程序则采用基于执行路径概率的功耗预测法,以提高预测模型的准确性。实验结果表明,两种预测模型及算法能够有效评估 GPU 通用计算程序的功耗,模型预测值与实际测量值的相对误差低于6%。     

一种基于GPU的高精度体系结构级功耗模型

随着硬件功能的不断丰富和软件开发环境的逐渐成熟,GPU开始被应用于通用计算领域,协助CPU加速程序运行。为了追求高性能,GPU往往包含成百上千个核心运算单元,高密度的计算资源使得其性能远高于CPU的同时功耗也高于CPU,功耗问题已经成为制约GPU发展的重要问题之一。在深入研究Fermi GPU架构的基础上,提出一种高精度的体系结构级功耗模型,该模型首先计算不同native指令及每次访问存储器消耗的功耗;然后根据应用在硬件上的执行指令和采样工具获得采样结果,分析预测其功耗;最后通过13个基准测试应用对实际测试与功耗模型测试结果进行对比分析,该模型的预测精度可达90%左右。     

An Adaptive Location Detection scheme for energy-efficiency of smartphones

Global Positioning System (GPS) is widely used for the Location-Based Service (LBS) of smartphones. However, GPS dramatically increases the power consumption of a smartphone due to heavy computation overhead. Cell-tower Based Localization (CBL) can be an alternative solution to perform LBS in an energy-efficient way; but its adoption is limited due to the low positioning accuracy. This paper presents a new location estimation scheme for smartphones called Adaptive Location Detection (ALD). ALD adaptively detects the location of a smartphone considering the category of applications executed, movement pattern of a user, and the battery level. Specifically, ALD categorizes applications according to the required level of positioning accuracy, and then adaptively utilizes GPS and CBL. ALD also takes different actions according to the movement pattern of a user and the remaining battery level of the smartphone. To assess the effectiveness of the proposed scheme, we perform simulations under five location based applications and six scenarios. The evaluation results show that ALD reduces the energy consumption of GPS by 49.5% on average. Nevertheless, it satisfies the accuracy requirement of each situation.     

基于性能计数事件的计算机功耗估算模型

精准快速获取计算机系统的实时功耗是功耗优化研究的基础,因此提出并建立了一种高精度的计算机功耗估算模型。通过分析统计系统运行时代表性的性能计数事件,应用机器学习理论分析性能事件与功耗的关系,建立多核计算机系统实时功耗估算模型。模型构建时使用多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)方法以及支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)方法分析二者关系,并对两种方法建立的功耗估算模型进行了对比分析。实验结果表明,基于性能事件的功耗估算模型可准确估计计算机实时功耗,估算误差不高于3%。同已有模型相比较,该估算模型精度更高、通用性更好。     

无线传感器网络的链路稳定成簇与功率控制算法

在能量有限条件下通过降低能耗来延长网络生存时间是无线传感器网络面临的重要挑战之一。在层次体系结构中,MAC层和网络层的能耗是影响系统能量有效性的关键,因此可以将这两层结合起来考虑,从网络跨层优化的角度来分析其能耗。针对现有典型成簇算法理论前提条件多、无法适应网络动态变化、不易在实际环境中实现的不足,结合功率控制理论及算法,基于跨层优化的策略提出了一种易于实现、能动态适应网络变化、能量有效的链路稳定成簇算法。该算法能在降低能耗的同时扩大网络的吞吐量。实验仿真结果表明,与现有的几种典型方案相比,新算法在保证网络稳定性的同时使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间。     

FILESPPA: Fast Instruction Level Embedded System Power and Performance Analyzer

In the low power embedded systems design, it is important to analyze and optimize both the hardware and the software components of the system. The power consumption evaluation of the embedded systems is very slow procedure using the instruction-level power models into the simulator. Moreover, a huge number of simulations are needed to explore the power consumption in the instruction memory hierarchy to find the best cache parameters of each hierarchy’s level. In this paper we present a methodology which is aiming to estimate the system power consumption in short time, without simulation. The proposed methodology is based on the fast instruction analysis using instruction level power models, cache memory and memory power models. Based on the proposed methodology a software tool was developed named FILESPPA in order to automate the methodology’s steps for the MIPS processor architectures. The experimental results show the efficiency of the proposed methodology and tool in term of estimation accuracy, reducing the system power estimation time of the simulation technique.     

多核平台应用程序能耗分析

多核服务器的能耗越来越巨大,当处理器核心数目增多时,能耗增加更明显。软件的动态功耗调节可以显著的降低整个系统的能耗,但这会影响到系统性能。文章分析了不同种类应用程序的能耗特性。通过硬件测量的数据,我们为软件节能调节提供了依据,得出了如下几个结论：1）软件节能有很大的空间;2）系统物理内存消耗的能耗占整体能耗;3）不同种类的应用程序,对特定硬件的节能调节可以有很好的节能效果同时可以将对系统性能的影响降到最低。     

高层次综合中基于整数线性规划模型的多目标功耗优化算法

考虑峰值周期功耗和峰值模块功耗的同时优化,并尽可能地降低电路的功耗时延乘积指标.利用参数化功能单元库中各个功能模块的具体物理信息,在多供电电压、多调度周期模式下,建立了整数线性规划模型及其相应的6组约束条件,并将高层次综合中的调度过程和功能单元的绑定过程统一起来进行了模型化.文中算法已经成功地应用到自行开发的高层次综合工具之中,算法中得到的数据结果可以直接用于下一步的布图规划.对测试用例的实验进一步说明:同时优化峰值周期功耗和峰值模块功耗可以取得更好的综合结果,并且改善功耗时延乘积项的值(平均降低了30%),提高电路的可靠性和稳定性.