多核环境下的受保护功率门控技术解析

### 多核环境下的受保护功率门控技术解析 在多核系统中，功率管理是一个至关重要的问题。合理的功率门控技术能够在保证系统性能的前提下，有效降低功耗。本文将深入探讨多核环境下的功率门控技术，包括建模方法、不同功率门控方式的实验结果以及相关结论和未来展望。 #### 1. 资源利用率与功率门控算法 对于一个 2 核系统，资源利用率（RU）的计算如下： - RU(1) = 1.2 / 16 = 0.075 - RU(2) = 1.4 / 16 = 0.0875 在初步研究中，采用简单的启发式算法来理解具备两种控制旋钮（大旋钮和小旋钮）的系统的权衡。这些算法可被更复杂的功率门控或其他节能机制（如 DVFS）替代。大旋钮和小旋钮启发式算法都基于预测算法，该算法依据先前发表的概念，即监测资源的空闲状态，若空闲状态持续超过预设阈值 CT，则预测该资源将经历长时间的空闲状态序列，进而启动功率门控过程，在有新任务时唤醒资源。大旋钮用于关闭核心，小旋钮用于关闭目标执行单元。后续将评估唤醒延迟和空闲阈值相关的开销对性能和节能的影响。 #### 2. 建模方法 为理解多核功率门控问题的基本权衡，采用了一种简单的排队模型 Qute（基于排队的时序估计器），该模型用 C/C++ 实现。其主要特点如下： - **任务到达**：使用集中式任务到达队列，任务到达过程可采用任意到达分布建模，本文假设为泊松到达过程。任务从中央队列头部以轮询方式分配给等待的核心。 - **任务处理**：每个核心为分配的任务服务一个预设的时间片，若任务未在该时间片内完成，则将任务重新排入中央队列尾部，任务完成后从队列中移除。任务长度从用户指定的概率分布（如高斯分布）中选取。 - **功率状态模拟**：每个核心可在 n 种不同的“功率”状态下运行，初始假设 n = 2，即标称全功率模式（Hi）和单一低功率模式（Lo）。低功率模式下，核心消耗标称功率 P 的一部分 F（保守设置为 0.75）。 实验参数如下表所示： | 参数 | 值 | | ---- | ---- | | 核心数量 (N) | 32 | | 平均任务长度 | 5 ms (高斯分布) | | 平均到达间隔率 | 0.25 ms (指数分布) | | 时间片 | 1 ms | | 核心开启延迟 | 0.5 ms | | 空闲阈值 CT | 0.5 ms | | 功率模式数量 | 2 | | Hi 模式均值 | 300µs (高斯分布) | | Lo 模式均值 | 100µs (高斯分布) | | F | 0.75 | | 核心内转换开销 | 1µs | 系统总功率的计算根据不同情况采用不同公式： - 当两个旋钮都启用时： - 总系统功率 = 开启的核心数量 × (%Hi 时间 + F × %Lo 时间) × P - 当仅启用小旋钮时： - 总系统功率 = 活动核心数量 × (%Hi 时间 + F × %Lo 时间) × P + (N - 活动核心数量) × F × P 系统利用率（SU）的计算公式为： - SU = λ / (μ × N)，其中 λ 是平均到达率，μ 是平均服务时间。通过改变到达率来评估不同利用率水平下的功率门控技术