体系结构中低功耗优化策略课件.ppt

编码和缓存——减少切换因子应用中很多计算存在重复部分,可以在功能部件中增加cache,将计算的结果保存.如果又有同样操作数的计算,则直接使用原来的值.这种方法减少了切换活动,降低了功耗.有些计算使用的操作数不需要很高的精度,低位部分就足够了,这样可以通过一些技术监测冗余的高位部分,避免高位部分的计算以降低功耗 * 泄漏能量减少技术 泄漏能量消耗是今后工艺发展面临的重要问题之一,泄漏控制的主要方式有: A. 输入向量控制(IVC) B. 增加阈值电压(MTCMOS,BBC) C. 关闭供应电压(power supply gating,简称PSG) D. 动态电压缩放 * 开发部件使用的局部性 系统中的指令类型是多种多样的,每种指令使用的功能部件或设备都是不同的,以往的任务调度和指令调度策略很少考虑到设备类型的因素.在新的低功耗技术支持下的系统,这些可能是关键的因素.程序执行期间对设备的使用是很复杂的,它可能随时都有启动设备的需求,如果这些设备被过于频繁地访问,考虑到节能策略的时间开销和能量损失,不是任何情况下使用节能方法都会得到收益,尽量集中一类部件或者一个部件的使用,最大化部件使用的间隔具有重要意义,这就是部件使用的局部化。 * ?Silberschatz, Korth and Sudarshan 6.* Database System Concepts * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 * 努力奋斗 体系结构中低功耗优化策略 陈一可 Chen Yike 顾夏申 Gu Xiashen 陆浩远 Lu Haoyuan School of software engineer, Tongji University, Shanghai, China * 摘要 随着嵌入式系统的广泛应用，低功耗问题摆在了设计人员面前．低功耗设计包括系统设计、硬件设计 软件设计 器件的工艺设计等诸多万面。其中器件的工艺设计主要由半导体器件的厂家来完成，嵌入式系统的应用设计人员只需要关心器件的功耗指标。更多的工作集中于系统的硬件、软件以及它们之间的配合方面。 关键字：嵌入式设备 低功耗 优化 * 引言 功耗问题是近几年来人们在嵌入式系统的设计中普遍关注的难点与热点，特别是对于电池供电系统，而且大多数嵌入式设备都有体积和质量的约束。 * * （1）对于电池供电系统，延长电池的寿命，降低用户更换电池的周期，提高系统性能与降低系统开销，甚至能起到保护环境的作用； （2）安全的需要：例如工业现场总线设备的本安要求，实现本安要求的一个重要途径是降低系统的功耗； （3）降低电磁干扰：系统的功耗越低，电磁辐射的能量越小，对其它设备造成的干扰越小，如果所有的电子产品都设计成低功耗的，那么电磁兼容性设计会变得容易； （4）节能：特别是对电池供电系统来说，节能更为重要。 降低系统的功耗具有下面的优点： * 功耗产生的原因 P=V2(?)f(?)C+Pstatic其中是静态功耗，是V工作电压，是f工作频率，是C负载电容。?表示式中V2与f功耗相关的因素越大，功耗越大,但不是线性的。由于目前大多数电路采用CMOS工艺，静态功耗很小,可以忽略。起主要作用的是动态功耗，因此降低功耗从降低动态功耗入手。 * 体系结构层降低功耗技术 系统中的动态能量消耗占主要部分,随着工艺的缩放,泄漏电流的比例逐渐增大.如果不使用任何泄漏控制机制,未来的工艺中动态能量消耗和静态能量消耗比例基本相当. 计算机系统是由软件和硬件组成的系统,低功耗问题必须从软件和硬件两方面综合考虑. 计算机系统包括中心处理器、主存和I/O设备.一般来说,磁盘设备的能量消耗要比主存和处理器的功耗大几个量级,低功耗的系统往往不使用磁盘系统.内存系统DRAM的能量消耗是处理器能量消耗的几十倍到几百倍.处理器内部的动态能量消耗又由时钟系统、数据路径、存储系统和控制I/O等组成. * 一些重要的体系结构层降低功耗技术 动态电压缩放(dynamic voltage scaling,简称DVS)——降低电压 时钟门(clock gating)——减少切换电容 存储系统——减少切换电容 编码和缓存——减少切换因子 泄漏能量减少技术 * 动态电压缩放(dynamic voltage scaling,简称DVS)——降低电压系统的动态功耗和电压成二次方关系,降低供应电压可以降低系统的动态功耗,动态电压缩