[发明专利]基于异构多处理器阵列的低功耗重构技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种异构多处理器阵列的重构技术，特别涉及一种基于异构多处理器阵列的低功耗的重构技术。

背景技术

网格连接的处理器阵列有规整、模块化的结构，这样的结构对于一些信号和图像处理的快速实现。在传统的二维网格连接的多处理器阵列中，所有处理器单元(Processing Elements,PEs)的处理能力和功耗等都被认定为一致。也就是说，传统的二维网格连接的多处理器阵列是基于同构多处理器阵列。随着高性能计算机不断发展，多处理器阵列逐渐从同构向异构发展。例如采用通用多核微处理器与定制加速协处理器相结合的或者基于CPU/GPU异构协同的计算平台。相比于同构多处理器阵列，异构的多处理器阵列拥有更强劲的计算能力和通用编程性、高性价比和低能耗等优势。

图1展示了一个4×4的异构多处理器阵列的体系结构。图中的方块表示计算能力强但功耗大的PEs，而六边形代表计算能力较弱但功耗小的PEs。图中的小圆圈表示开关，与传统的二维多处理器阵列体系结构一样，PEs是通过这些开关相互链接的。

当异构多处理器阵列工作一段时间后，由于某些PEs使用频繁，将会造成其温度过高。当某个PE的温度高于一定阈值时，该PE将不再工作。阵列中PEs的温度将直接威胁着整个系统的可靠性和性能。因此，如何在异构处理器阵列中利用可用的PEs重构一个低温(即低功耗)的处理器阵列成为了一个亟待解决的问题。现有的技术重构一个低温的子阵列是基于同构的多处理器单元的，而非异构多处理器阵列的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于异构多处理器阵列的低功耗重构技术。

对于阵列的温度定义，我们将逻辑阵列中的PE最高温度定义为整个逻辑阵列的温度。为方便说明，我们用R₁,R₂,…,R_m表示异构多处理器阵列的行。用PE u表示阵列中处于行R_i的一个PE，用col(u)表示PE u所在的行的列号，v表示行R_i+1的一个PE。与同构的多处理器阵列相关算法一样，我们设定补偿距离为1，即当且仅当|col(u)–col(v)|≤1时，PE u才能与PE v通讯。同时我们定义了一个温度阈值T_m,当PEs温度达到或高于T_m时，则认为其不可用，即不可工作。t(u)表示阵列中PE u的当前温度，用A(u)表示PE u的邻域，即A(u)＝{t(v)<T_m且|col(u)–col(v)|≤1}。

1、首先，使用贪心思想，在阵列中的可用PE从左至右构造一个最大可用的处理器阵列。该步骤详细说明如下。

①在第一行中选择当前最左边且t(u)<T_m的PE u作为当前逻辑列的起始节点，并对其进行标记，表示其已经被选中。

②在PE u的邻域A(u)中选择当前最左边的PE v，把v链接至u，并将v也做上选中标记。

③上述过程①和②将会按以下要求不断重复下去：每一步都试图将当前PE的邻域中未被选中且最左的PE链接到当前PE x.如果链接无法构造，那么包含当前PE的逻辑列将无法生成。此时将进行回溯，回溯至链接x的前驱y，接着在A(y)-x集合中选择一个最左且未被选中的PE与y相链接。

④以上过程①～③将不断进行迭代，直至达到终止条件，即1)在最后一行的一个PE已经链接至倒数第二行的一个PE上，或者2)算法回溯到第一行的某个PE。

2、采用动态规划的思想，对步骤1构造出的异构多处理器逻辑阵列进行从右到左的优化，使其整个系统的温度尽可能的降低。假设步骤1构造出的异构多处理器逻辑阵列的逻辑列分别为C₁',C₂',…,C_k'。根据动态规划思想，我们构造一个最优子结构为

T(u,R_m):＝max{t(u),min_v∈A(u){T(v,R_m}},

其中T(u,R_m)表示从PE u到行R_m的温度。

该步骤具体说明如下。

①首先设定一个优化区域，第一个优化区域为逻辑列C_k'的右边区域，包括逻辑列C_k'上的PE。此时i＝k.