对权力的闭合循环优化

权力已成为一个重要的限制器在更精细的几何图形芯片的功能,并确保性能最大化为给定数量的权力正在成为一个关键设计问题。但这是说起来容易做起来难,工具和方法来克服权力的限制仍在早期阶段定义。

问题跨越大片设计流程包括软件的体系结构、设计和实现。它可以被视为终极左移位的例子,因为为了解决这个问题,软件需要注意的最高水平的体现细节如硬件的布局。它还必须覆盖时间足以理解的热影响软件的执行。没有连接的地方,有可能是错误的决定可能会由意想不到的后果。

今天,孤立的一个解决方案正在崛起,希望一个完整的流可能在未来。协调这些活动是留给个人参与者在多个标准领域工作。令人鼓舞的迹象是在地平线上,但还有很长的路要走这变成现实。

定义问题
并不是所有的芯片都是同样的影响。“在许多应用程序中有大量子系统控制功耗,”说,首席技术官超音速。”可能有一个可编程的音序器或小的微控制器,但是它的作用是设置,让硬件做它应该做的任何事情。这通常是一个较小的总功率和大部分的能量进入数据路径”。

这些天越来越多的系统包括一个越来越多的处理器,这意味着软件是密切参与力量。“要减少活动,利用空闲时间,利用睡眠/低功耗模式和仔细做电压/频率扩展,”解释了阿布Ranjan)的工程总监导师,西门子业务。“设计师也在玩他们的算法的精度降低的工作量需要做。”

放缓摩尔定律在这一领域越来越多的关注。“最新开发芯片的成本流程节点是如此之高,设计必须提取尽可能多的表现,”奥利弗王指出,首席技术官Moortec。“性能通常涉及功率优化,这意味着减少电力消耗尽可能地执行一个给定的函数。传统技术留下太多潜在的桌子上,所以自适应电压缩放和动态调整频率技术是采用比以前更广泛行业的一部分。”

这意味着功耗影响软件调度由于热芯片的限制。这就完成了一个复杂的周期,软件性能是直接影响热管理芯片上的电路,这是依赖于总活动水平在相当一段时间。

图1:多个循环相关的系统级优化。从古到今:治之。

今天的状态
今天,工具主要集中在电力基础设施和低级优化。“高层决策施加电源管理基础设施(电力领域、岛屿等)的范围内,这些领域对权力的细粒度策略可以提供显著的改善,”解释了野生动物。“技术像顺序时钟门控操作隔离,循环缓冲区,失败共享,以重、re-pipelining和记忆闸门可以显著节约电力和独立的电源管理决策”。

但这叶子大的差距SoC实现和软件。“不可能做系统级实力分析使用详细的实现方法,”蒂姆Kogel指出,解决方案架构师Synopsys对此。”实现工具只能在很短的时间内,一小块的设计,如一个知识产权块。在系统级也要看整个事情执行产品用例。什么是应用程序在更长一段时间干什么?早期规范等,需要方法,虚拟原型软件开发架构定义或虚拟原型,您可以让软件开发人员意识到软件对功耗的影响。后来可能是原型使用FPGA年代,你可以再次运行真正的软件用例更长的时间。”

两者都是必要的。“如果你不关闭未使用的块,再多的细粒clock-gating可以弥补的能量开销,高层的错误!”野生动物承认。“即使你做了power-intent规划高层但不clock-gate注册,你将仍然有权力问题!”

反馈回路
的一个重大问题是准确性。“你可以合成门级和注释从lib文件计算功耗激活的软件或您可以使用RTL能力评估工具来估计实现会什么,”Frank Schirrmeister说高级产品管理组主管系统&验证群节奏。“有些人做注释的信息虚拟平台。现在你有一块可能在不同的州,你知道每个州的电力消耗。这提供了功耗的高级视图。我们也可以衡量的本地活动模拟水平,这也提供了一个相对评估。你可以优化几件事情,包括有多少内存访问您的软件,和记忆功耗可以意义重大,因为这片外。”

估计是不可能的权力没有包括低层次的信息。“目标技术的模型应该意识到,“野生动物说。“通常,这意味着很多pre-characterization和校准工作必须实现一些合理的准确性。然而,模型往往是严重错误的,一般他们只比经验法则或基于经验的估计。任何系统级决策基于粗糙模型可能适得其反,不利影响的力量。它已经表明,RTL第一阶段电力数字可以生成合理的准确性(15%的后端功率数字)。然而,RTL早期在系统设计阶段并不可行。”

这是否意味着早期的力量分析是无用的?“人有功率预算,使用虚拟模型的需求可以注释,“Schirrmeister说。”,提供了一个一级能耗的理解。你完善这个得到更多的数据,或者从数据生产从以前的项目。你想避免软件bug,你忘了关掉的芯片,可能导致过热,所以你也有一些内置的安全,确保电能和热能的预算不会超过。”

创建一个复杂的反馈回路,其中包括寻找最大功率和热场景。“现实的最坏的力量意味着你知道多少力量消耗在每个操作模式中,每个组件和一个场景,确定哪些组件在任何时刻在哪个州,“Kogel解释道。“相关的场景是什么?这是一个简单的锻炼。”

这可以依赖非常低级变异。“我可以假设晶体管条件最好的情况,如果我晶体管有更多的泄漏或运行热,然后周围的一个或多个温度传感器芯片将提供一个警报当它变得太热,“Wingard说。“因此,我将收油门留在热限制性能。这是一个反馈回路,定义了最坏的功耗的副作用是安全运行的最高温度死在。”

你怎么能没有做这个分析估计最大的性能?“软件团队或建筑师必须选择应该使用哪个操作系统功率调节器和阈值的你想要的规模上升或下降的表现,“Kogel解释道。“你是交易电能和热能的问题与性能。如果你拒绝太早,你就可能失去了基准测试,但是如果天气太热,你手上有一个灾难。我们必须让架构师和软件开发人员意识到电力和热能方面。你高价决策的困境是很少的信息。权力和热参数依赖于物理实现,这些仍然是新兴的建模”。

Schirrmeister表示同意。“这将是很高兴有一个pre-silicon模型,使优化的软件,但实际上我们只是看时热影响。这使得调度更加复杂。”

实时系统可以是一个重要的问题。“你可以静态分配实时流程到一个不同的处理器,然后将更加动态的过程你可以慢其他处理器,燃起“Wingard说。“很多时候,他们有一个最优服务模型”。

新兴解决方案
今天有几个孤立的标准努力,看着方面的问题。“我不认为有一个总体规划,但计划是明显的在某种意义上,硬件/软件集成人需要一个大的系统模型,将代表一切,“Schirrmeister说。“我们都知道,付出惨痛的代价,不存在通用系统模型。太复杂的创造。”

拼图的一块可能会出现标准的发展,甚至是针对今天的问题。”便携式刺激目前针对功能验证,”Kogel说。”的力量,它可以让使用它的定义的一个场景中,可以使用一个流。它定义了一个活动档案,或负载图,这可以运行在体系结构动力分析的副总裁。它可以用来定义哪些类型的低功耗特性意义和电力领域和电源管理策略。今天,所有的信息丢失。以后你试着重现真实的软件,这是一个可怕的阶段。芯片回来时,软件开始运行,你发现电力数字不是接近指定的是什么。通过使用便携式刺激和保持场景描述您可以验证场景每一层和运行这些力量在一个物理原型,甚至真正的硅。这有助于有一个无缝的验证过程,确保能耗的关键场景总是在规定的范围内。”

但便携式刺激可能会走得更远。“便携式刺激是第一标准,它提供了一个模型验证的意图,“说,公司的首席执行官Breker。”,目的是使用图论概念建模,可以注释和各种各样的信息。今天,我们可以生成理论安排在一个SoC嵌入式处理器上运行多个任务。仿真后,我们可以标注的实际时间由系统来实现。同样的事情可以做,这可能有助于确定最高权力的场景,可以用来驱动流。”

当两个可执行的规范存在,一个名义上代表了设计规范和其他要求。找到合适的地方,或地方,每个信息都是重要的。“我们想要丰富的原型,虚拟或物理、电力信息,“Kogel说。“这是标准化权力统一格式今天,包含级功率模型的概念,这是一个覆盖一个模型系统的环境执行。每个组件的功率模型观察活动系统中同时执行一个用例。在早期可能是一个抽象的场景,但后来当软件可用,它可以真正的软件。”

另一个标准,IEEE P2415旨在提供一个统一的抽象层,以带来什么高级配置和电源接口(ACPI)的服务器市场到嵌入式系统的世界。“它提供了一个标准的电源功能的硬件模块,“Kogel解释道。“这给了一个中间层之间的硬件和操作系统高级电源管理。是一个大型的生产力提高的软件开发人员,因为它允许一些自动化操纵低级状态机。当操作系统说改变电压,该组件或权力,有很多硬件信号,需要实际发生前摆动。这是一个复杂且容易出错的任务。这个标准将有助于使所有的硬件功能的软件。”

今天,大多数设计团队必须依靠他们的经验和前一代硅的结果。然而,在这样一个世界,盲目地遵循摩尔定律,这可能还不够。找到更好的解决方案可能需要更好的分析和优化工具,横跨整个开发流程。

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