[发明专利]一种基于动态Voronoi图的非均匀采样热重构方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及信息控制技术领域，特别涉及一种基于动态Voronoi图的非均匀采样热重构方法及装置。

背景技术

在现代高性能集成电路中，由于特征尺寸的缩小和性能需求的增加，其功率密度呈指数级增长，导致了芯片温度的不断提高。从90纳米开始，半导体制造工艺已经发展到纳米阶段，现在的先进工艺更是达到了45纳米、22纳米。在这个阶段，硅基芯片的漏电流已经达到和动态开关电流同样的数量级。一旦芯片出现局部温度升高的热点，该处的漏电流也会迅速增加，并进一步导致温度升高。过高的芯片温度降低了晶体管的转换速率、增加了漏功耗以及增大了互联电阻，降低芯片的工作稳定性,增加出错率。近年来，高性能处理器普遍集成温度传感器，采用动态热管理技术对芯片实施连续的热监控，例如IBM POWER5处理器采用了24个数字热传感器。如果芯片局部温度超过了一定的门限值，则会触发动态热管理机制，通过采取时钟门控、取指令降频和动态电压频率调整等措施，使得过高的芯片温度降低到安全的范围。动态热管理一般通过有效的热分布重构来进行全局监控。在实际生产中考虑到制造成本、设计复杂度等原因，芯片中的热传感器数量受到了限制。对于没有放置热传感器的区域一旦出现热点，全局监控就可以起到关键性的作用，可以避免由于缺少该区域温度信息，导致功能单元损坏的可能性。热分布重构的精度在很大程度上会影响动态热管理的效率。不精确的热点温度估计，会导致错误的预警和不必要的响应，使得动态热管理的可靠性受到影响，对系统性能带来不必要的损失。热分布重构一般使用插值技术来实现，但由于插值算法计算量大，运算时间长等因素，并不适用于实时监控。因此，如何快速、精确的实现热分布重构成为了微处理器动态热管理设计的重点。

通过对现有技术文献检索发现，Ryan Cochran and Sherief Reda在2009年Proceedings of the 46th Annual Design Automation Conference（第46届设计自动化会议）中发表文章《Spectral Techniques for High-Resolution Thermal Characterization with Limited Sensor Data》（有限传感器数据下利用频谱技术实现高精度的热特性重构），该文章提出利用频谱技术实现多核微处理器热分布重构，其基本的出发点是将空间可变的芯片温度信号看成时间可变的温度信号，对于均匀间隔放置的热传感器，运用Nyquist-Shannon采样理论和二维离散信号处理技术实现热分布重构；对于非均匀间隔放置的热传感器，需要构造Voronoi图，将其转化为均匀间隔采样，再利用均匀采样的方法实现热分布重构。但是由于芯片温度信号不是带宽有限的，该方法存在一定的边缘效应，尤其在热点误差估计方面存在一定的不足。

针对现有技术中热点误差估计方面存在的问题，如何快速、精确的实现热分布重构成为了微处理器动态热管理设计的重点，提出一种基于动态Voronoi图的非均匀采样热重构方法及装置是信息控制技术领域目前急待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出了一种基于动态Voronoi图的非均匀采样热重构方法及装置，通过计算芯片的功耗数据，并依据此功耗数据获得在此功耗数据下微处理器的温度分布，接着通过热感器获取采样温度值列表，然后根据芯片面积大小构造虚拟均匀网格并估算出每个虚拟均匀网格中的温度数值，最终依据虚拟均匀网格中的温度数值，重构出芯片的温度分布，本方案能有效的运用在动态热管理技术中实现实时的全局和局部温度监控。

为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于动态Voronoi图的非均匀采样热重构方法，包括：

步骤一、计算芯片的功耗数据，并依据此功耗数据获得在此功耗数据下微处理器的温度分布；

步骤二、通过热感器获取采样温度值列表；

步骤三、根据芯片面积大小构造虚拟均匀网格；

步骤四、估算出每个虚拟均匀网格中的温度数值；

步骤五、依据虚拟均匀网格中的温度数值，重构出芯片的温度分布。

优选的，上述步骤一中，功耗数据包括但不限于模块的动态功耗和漏功耗。

优选的，上述功耗数据是通过微处理器性能仿真软件在该芯片架构上仿真标准测试程序，并在此基础上集成功耗分析模块来计算芯片的动态功耗和漏功耗。

优选的，上述步骤二中，是依据标准测试程序特性，在芯片架构中可能出现热点的部分放置热传感器，得到采样温度值列表。