專利名稱：一種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種基于動態(tài)VOTonoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代高性能集成電路中，由于特征尺寸的縮小和性能需求的增加,其功率密度呈指數(shù)級增長，導(dǎo)致了芯片溫度的不斷提高。從90納米開始，半導(dǎo)體制造エ藝已經(jīng)發(fā)展到納米階段，現(xiàn)在的先進エ藝更是達到了 45納米、22納米。在這個階段，硅基芯片的漏電流已經(jīng)達到和動態(tài)開關(guān)電流同樣的數(shù)量級。一旦芯片出現(xiàn)局部溫度升高的熱點，該處的漏電流也會迅速増加，并進ー步導(dǎo)致溫度升高。過高的芯片溫度降低了晶體管的轉(zhuǎn)換速率、増加了漏功耗以及増大了互聯(lián)電阻，降低芯片的工作穩(wěn)定性，増加出錯率。近年來，高性能處理器普遍集成溫度傳感器，采用動態(tài)熱管理技術(shù)對芯片實施連續(xù)的熱監(jiān)控，例如IBM P0WER5 處理器采用了 24個數(shù)字熱傳感器。如果芯片局部溫度超過了一定的門限值，則會觸發(fā)動態(tài)熱管理機制，通過采取時鐘門控、取指令降頻和動態(tài)電壓頻率調(diào)整等措施，使得過高的芯片溫度降低到安全的范圍。動態(tài)熱管理一般通過有效的熱分布重構(gòu)來進行全局監(jiān)控。在實際生產(chǎn)中考慮到制造成本、設(shè)計復(fù)雜度等原因，芯片中的熱傳感器數(shù)量受到了限制。對于沒有放置熱傳感器的區(qū)域一旦出現(xiàn)熱點，全局監(jiān)控就可以起到關(guān)鍵性的作用，可以避免由于缺少該區(qū)域溫度信息，導(dǎo)致功能単元損壞的可能性。熱分布重構(gòu)的精度在很大程度上會影響動態(tài)熱管理的效率。不精確的熱點溫度估計，會導(dǎo)致錯誤的預(yù)警和不必要的響應(yīng)，使得動態(tài)熱管理的可靠性受到影響，對系統(tǒng)性能帶來不必要的損失。熱分布重構(gòu)一般使用插值技術(shù)來實現(xiàn)，但由于插值算法計算量大，運算時間長等因素，并不適用于實時監(jiān)控。因此，如何快速、精確的實現(xiàn)熱分布重構(gòu)成為了微處理器動態(tài)熱管理設(shè)計的重點。通過對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Ryan Cochran and Sherief Reda在2009年P(guān)roceedings of the 46th Annual Design Automation Conference(第46ノ由設(shè)計自動化會議沖發(fā)表又章〈〈Spectral Techniques for High-Resolution Thermal Characterizationwith Limited Sensor Data))(有限傳感器數(shù)據(jù)下利用頻譜技術(shù)實現(xiàn)高精度的熱特性重構(gòu))，該文章提出利用頻譜技術(shù)實現(xiàn)多核微處理器熱分布重構(gòu)，其基本的出發(fā)點是將空間可變的芯片溫度信號看成時間可變的溫度信號，對于均勻間隔放置的熱傳感器，運用Nyquist-Shannon采樣理論和ニ維離散信號處理技術(shù)實現(xiàn)熱分布重構(gòu)；對于非均勻間隔放置的熱傳感器，需要構(gòu)造VOTonoi圖，將其轉(zhuǎn)化為均勻間隔采樣，再利用均勻采樣的方法實現(xiàn)熱分布重構(gòu)。但是由于芯片溫度信號不是帶寬有限的，該方法存在一定的邊緣效應(yīng)，尤其在熱點誤差估計方面存在一定的不足。針對現(xiàn)有技術(shù)中熱點誤差估計方面存在的問題，如何快速、精確的實現(xiàn)熱分布重構(gòu)成為了微處理器動態(tài)熱管理設(shè)計的重點，提出ー種基于動態(tài)VOTonoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置是信息控制技術(shù)領(lǐng)域目前急待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提出了ー種基于動態(tài)VOTonoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置，通過計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格并估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，最終依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布，本方案能有效的運用在動態(tài)熱管理技術(shù)中實現(xiàn)實時的全局和局部溫度監(jiān)控。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法，包括步驟一、計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布；
步驟ニ、通過熱感器獲取采樣溫度值列表；步驟三、根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格；步驟四、估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值；步驟五、依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。優(yōu)選的，上述步驟一中，功耗數(shù)據(jù)包括但不限于模塊的動態(tài)功耗和漏功耗。優(yōu)選的，上述功耗數(shù)據(jù)是通過微處理器性能仿真軟件在該芯片架構(gòu)上仿真標(biāo)準測試程序，并在此基礎(chǔ)上集成功耗分析模塊來計算芯片的動態(tài)功耗和漏功耗。優(yōu)選的，上述步驟ニ中，是依據(jù)標(biāo)準測試程序特性，在芯片架構(gòu)中可能出現(xiàn)熱點的部分放置熱傳感器，得到采樣溫度值列表。優(yōu)選的，上述步驟ニ中，采樣溫度值列表是指根據(jù)放置的熱傳感器數(shù)量，將仿真得到的多核處理器溫度分布中的對應(yīng)熱點部分溫度數(shù)值作為熱傳感器讀數(shù)，所有熱傳感器讀數(shù)組成采樣溫度值向量。優(yōu)選的，上述步驟一中，微處理器的溫度分布是指通過仿真軟件得到的多核處理器工作狀態(tài)時的ニ維溫度矩陣，該矩陣的行列數(shù)根據(jù)仿真精度的要求確定。優(yōu)選的，上述步驟三中，虛擬均勻網(wǎng)格是指由于在計算機處理過程中任何連續(xù)的變量必須離散化，因此首先將整個芯片區(qū)域中連續(xù)的溫度信號離散化為LXW的網(wǎng)格表述，在此基礎(chǔ)上定義ー個ニ維的虛擬均勻網(wǎng)格MXN，其中0 < L，0 < W。優(yōu)選的，上述步驟四中，是根據(jù)基于動態(tài)VOTonoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值。優(yōu)選的，上述距離倒數(shù)加權(quán)算法是指給出虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點P的位置，將其和所有預(yù)先設(shè)置的非均勻傳感器位置結(jié)合構(gòu)造出Voronoi圖D ;虛擬均勻網(wǎng)格中P點的溫度數(shù)值由Voronoi圖D中P點的I級鄰域采樣點集和2級鄰域采樣點集通過距離倒數(shù)加權(quán)算法計算得到。優(yōu)選的,進ー步包括I級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中,所有與P點相鄰的采樣點定義為P點的I級鄰域采樣點集。優(yōu)選的,進ー步包括2級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中,所有與P點的I級鄰域采樣點集相鄰的采樣點定義為P點的2級鄰域采樣點集。優(yōu)選的，上述步驟五中，在估計出所有虛擬均勻網(wǎng)格的溫度數(shù)值后，是運用均勻采樣插值算法重構(gòu)出整個芯片的溫度分布。ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)裝置，包括計算單元、獲取單元、構(gòu)造単元、溫度估算單元及溫度分布単元，通過計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格并估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，最終依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。優(yōu)選的，上述計算單元用于計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布。優(yōu)選的，上述獲取單元用于通過熱感器獲取采樣溫度值列表。優(yōu)選的，上述構(gòu)造單元用于根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格。優(yōu)選的，上述溫度估算單元用于估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值。 優(yōu)選的，上述溫度分布單元用于依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。綜上所述，本發(fā)明提供了ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置，通過計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格并估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，最終依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布，本方案能有效的運用在動態(tài)熱管理技術(shù)中實現(xiàn)實時的全局和局部溫度監(jiān)控。


圖I為本發(fā)明ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法示意圖；圖2為多核處理器熱分布仿真流程圖；圖3構(gòu)建動態(tài)Voronoi圖的示意圖；圖4為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均運算時間比較圖；圖5為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均溫度誤差比較圖；圖6為不同傳感器數(shù)量下熱點溫度誤差比較圖；圖7為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)結(jié)果圖；圖8為本發(fā)明ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)裝置示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供的ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置，通過計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格并估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，最終依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布，本方案能有效的運用在動態(tài)熱管理技術(shù)中實現(xiàn)實時的全局和局部溫度監(jiān)控。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一歩詳細說明。本發(fā)明實施例提供ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法，如圖I所示，具體步驟包括
步驟一、計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布；具體而言，在本發(fā)明實施例中，進ー步包括構(gòu)建多核微處理器架構(gòu)，通過微處理器性能仿真軟件在該芯片架構(gòu)上仿真標(biāo)準測試程序，并在此基礎(chǔ)上集成功耗分析模塊來計算芯片的動態(tài)功耗和漏功耗，最后由熱特性仿真軟件來計算該功耗下微處理器的溫度分布。功耗數(shù)據(jù)包括但不限于模塊的動態(tài)功耗和漏功耗。進ー步的，構(gòu)建多核微處理器架構(gòu)，是通過SimpleScalar軟件在該架構(gòu)上仿真SPEC2006標(biāo)準測試程序，并通過Wattch和CACTI來計算動態(tài)功耗和漏功耗，最后由Ansys軟件計算該功耗下多核處理器的溫度分布。其中，多核處理器的溫度分布是指通過仿真軟件得到的多核處理器工作狀態(tài)時的ニ維溫度矩陣，該矩陣的行列數(shù)根據(jù)仿真精度的要求確定。
在本方案中，采用基于Alpha 21264架構(gòu)的16核微處理器,使用SimpleScalar軟件仿真SPEC2006標(biāo)準測試程序，并通過Wattch和CACTI來計算動態(tài)功耗和漏功耗，最后由Ansys軟件來計算該功耗下微處理器的溫度分布。在本方案中，共使用SPEC2006標(biāo)準測試程序中的4組整型測試程序gcc、mcf、bzip2、h264ref和4組浮點測試程序milc、lbm、calculix、sphinx3,分別給姆一個核隨機分配上述8種標(biāo)準測試程序中的ー個。圖2為多核處理器熱分布仿真流程圖。步驟ニ、通過熱感器獲取采樣溫度值列表；具體而言，在本發(fā)明實施例中，將依據(jù)標(biāo)準測試程序特性，在芯片架構(gòu)中可能出現(xiàn)熱點的部分放置熱傳感器，得到采樣溫度值列表。進ー步的，在本方案中依據(jù)標(biāo)準測試程序特性，在芯片架構(gòu)中可能出現(xiàn)熱點的部分放置熱傳感器，得到采樣溫度值列表。本實施例中，共有三組傳感器放置策略，分別為每核放置I個，4個和9個傳感器。其中，采樣溫度值列表是指根據(jù)放置的熱傳感器數(shù)量，將仿真得到的多核處理器溫度分布中的對應(yīng)熱點部分溫度數(shù)值作為熱傳感器讀數(shù)，所有熱傳感器讀數(shù)組成采樣溫度值向量。圖3構(gòu)建動態(tài)Voronoi圖的示意圖。圖中，Ca)為所有非均勻采樣點構(gòu)造的原始Voronoi圖，(b)為虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點和所有非均勻采樣點構(gòu)造出的動態(tài)Voronoi圖。步驟三、根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格；具體而言，在本發(fā)明實施例中，根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格。其中，虛擬均勻網(wǎng)格是指由于在計算機處理過程中任何連續(xù)的變量必須離散化，因此首先將整個芯片區(qū)域中連續(xù)的溫度信號離散化為LXW的網(wǎng)格表述，在此基礎(chǔ)上定義ー個ニ維的虛擬均勻網(wǎng)格MXN，其中0彡M彡L，0彡N彡W。進一步的，本發(fā)明實施例中16核微處理器芯片面積大小為4. 48cmX4. 48cm,將整個芯片區(qū)域中連續(xù)的溫度信號離散化為(L=112) X (ff=112)的網(wǎng)格表述，也就是每個離散點代表芯片面積為0. 4mmXO. 4mm的溫度。在此基礎(chǔ)上定義ー個ニ維的虛擬均勻網(wǎng)格(M=16) X (N=16)。步驟四、估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值；具體而言，在本發(fā)明實施例中，是根據(jù)基于動態(tài)Voronoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值。其中，基于動態(tài)Voronoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法是指給出虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點P的位置，將其和所有預(yù)先設(shè)置的非均勻傳感器位置結(jié)合構(gòu)造出Voronoi圖D ;虛擬均勻網(wǎng)格中P點的溫度數(shù)值由Voronoi圖D中P點的I級鄰域采樣點集和2級鄰域采樣點集通過距離倒數(shù)加權(quán)算法計算得到。其中，I級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中，所有與P點相鄰的采樣點定義為P點的I級鄰域采樣點集。其中，2級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中，所有與P點的I級鄰域采樣點集相鄰的采樣點定義為P點的2級鄰域采樣點集。進ー步的，本方案在根據(jù)基于動態(tài)Voronoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，算法框架如下 I.根據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點P的位置，將其和所有非均勻采樣點位置結(jié)合構(gòu)造出動態(tài)Voronoi圖D。2.尋■找動態(tài)Voronoi圖D中P點的I級鄰域采樣點集和2級鄰域采樣點集。3.首先根據(jù)P點的I級鄰域采樣點和2級鄰域采樣點構(gòu)成的集合C ;由于I級鄰域采樣點比2級鄰域采樣點對P點的影響更大，因而設(shè)定影響因子w為隨領(lǐng)域級數(shù)的増大而衰減的函數(shù)，本實施例中設(shè)定其為負指數(shù)函數(shù)；最后通過距離倒數(shù)加權(quán)算法計算出P點的溫度估計值為
'Hs,ecWiS^2 dTp ニ< Y,s^cwidi2 ’(公式一)
.も=Qdt =、「(xp - x5j )2 + (yp - yS/ )2 (公式ニ)S卩，基于動態(tài)Voronoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法是指給出虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點P的位置，將其和所有預(yù)先設(shè)置的非均勻傳感器位置結(jié)合構(gòu)造出Voronoi圖D ;虛擬均勻網(wǎng)格中P點的溫度數(shù)值由VOTonoi圖D中P點的I級鄰域采樣點集和2級鄰域采樣點集通過距離倒數(shù)加權(quán)算法計算得到。圖4為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均運算時間比較圖；圖5為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均溫度誤差比較圖；圖6為不同傳感器數(shù)量下熱點溫度誤差比較圖。步驟五、依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。具體而言，在本發(fā)明實施例中，在估計出所有虛擬均勻網(wǎng)格的溫度數(shù)值后，運用經(jīng)典的均勻采樣插值算法重構(gòu)出整個芯片的溫度分布。進ー步的，在本發(fā)明實施例中分別采用了三種經(jīng)典的均勻采樣插值算法鄰近插值、雙線性插值和雙三次樣條插值。圖4為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均運算時間比較圖；圖5為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均溫度誤差比較圖；圖6為不同傳感器數(shù)量下熱點溫度誤差比較圖；圖7為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)結(jié)果圖。此外，本方案還包括計算熱重構(gòu)平均溫度誤差和熱點溫度誤差。其中，熱重構(gòu)平均溫度誤差是指熱重構(gòu)后得到的所有LXW個離散點溫度值和原始熱分布對應(yīng)溫度數(shù)值誤差比率的均值。
其中，熱點溫度誤差是指熱重構(gòu)后得到的最熱點溫度值和原始熱分布中最熱點溫度數(shù)值誤差比率的均值。進ー步的，在本方案中，設(shè)定植入多核處理器中的傳感器數(shù)目分別為每核I個，4個和9個時，分別采用本實施例方法和距離倒數(shù)加權(quán)算法進行運算時間的比較如圖4所示；和頻譜技術(shù)進行熱重構(gòu)平均溫度誤差、熱點溫度誤差比較分別如圖5及圖6所示。該結(jié)果證明了本實施例方法具有較短的運算時間和較高的誤差精度，可以有效的運用在動態(tài)熱管理技術(shù)中實現(xiàn)實時的全局和局部溫度監(jiān)控。另外，本發(fā)明實施例還提供了ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)裝置。如圖8所示，為本發(fā)明實施例提供的ー種基于動態(tài)VOTonoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)裝置示意圖。ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)裝置，包括計算單元11、獲取單元22、構(gòu)造單元33、溫度估算單元44及溫度分布單元55。
計算單元11，用于計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布；具體而言，在本發(fā)明實施例中，進ー步包括構(gòu)建多核微處理器架構(gòu)，通過微處理器性能仿真軟件在該芯片架構(gòu)上仿真標(biāo)準測試程序，并在此基礎(chǔ)上集成功耗分析模塊來計算芯片的動態(tài)功耗和漏功耗，最后由熱特性仿真軟件來計算該功耗下微處理器的溫度分布。進ー步的，構(gòu)建多核微處理器架構(gòu)，是通過SimpleScalar軟件在該架構(gòu)上仿真SPEC2006標(biāo)準測試程序，并通過Wattch和CACTI來計算動態(tài)功耗和漏功耗，最后由Ansys軟件計算該功耗下多核處理器的溫度分布。其中，多核處理器溫度分布是指通過仿真軟件得到的多核處理器工作狀態(tài)時的ニ維溫度矩陣，該矩陣的行列數(shù)根據(jù)仿真精度的要求而定。在本方案中，采用基于Alpha 21264架構(gòu)的16核微處理器,使用SimpleScalar軟件仿真SPEC2006標(biāo)準測試程序，并通過Wattch和CACTI來計算動態(tài)功耗和漏功耗，最后由Ansys軟件來計算該功耗下微處理器的溫度分布。在本方案中，共使用SPEC2006標(biāo)準測試程序中的4組整型測試程序gcc、mcf、bzip2、h264ref和4組浮點測試程序milc、lbm、calculix、sphinx3,分別給姆一個核隨機分配上述8種標(biāo)準測試程序中的ー個。圖2為多核處理器熱分布仿真流程圖。獲取單元22，用于通過熱感器獲取采樣溫度值列表；具體而言，在本發(fā)明實施例中，將依據(jù)標(biāo)準測試程序特性，在芯片架構(gòu)中可能出現(xiàn)熱點的部分放置熱傳感器，得到采樣溫度值列表。進ー步的，在本方案中依據(jù)標(biāo)準測試程序特性，在芯片架構(gòu)中可能出現(xiàn)熱點的部分放置熱傳感器，得到采樣溫度值列表。本實施例中，共有三組傳感器放置策略，分別為每核放置I個，4個和9個傳感器。其中，采樣溫度值列表是指根據(jù)放置的熱傳感器數(shù)量，將仿真得到的多核處理器溫度分布中的對應(yīng)熱點部分溫度數(shù)值作為熱傳感器讀數(shù)，所有熱傳感器讀數(shù)組成采樣溫度值向量。圖3構(gòu)建動態(tài)Voronoi圖的示意圖。圖中，Ca)為所有非均勻采樣點構(gòu)造的原始Voronoi圖，(b)為虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點和所有非均勻采樣點構(gòu)造出的動態(tài)Voronoi圖。
構(gòu)造單元33，用于根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格；具體而言，在本發(fā)明實施例中，根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格。其中，虛擬均勻網(wǎng)格是指由于在計算機處理過程中任何連續(xù)的變量必須離散化，因此首先將整個芯片區(qū)域中連續(xù)的溫度信號離散化為LXW的網(wǎng)格表述，在此基礎(chǔ)上定義ー個ニ維的虛擬均勻網(wǎng)格MXN，其中0彡M彡L，0彡N彡W。進一步的，本發(fā)明實施例中16核微處理器芯片面積大小為4. 48cmX4. 48cm,將整個芯片區(qū)域中連續(xù)的溫度信號離散化為(L=112) X (ff=112)的網(wǎng)格表述，也就是每個離散點代表芯片面積為0. 4mmX0. 4mm的溫度。在此基礎(chǔ)上定義ー個ニ維的虛擬均勻網(wǎng)格(M=16) X (N=16)。溫度估算單元44，用于估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值；
具體而言，在本發(fā)明實施例中，是根據(jù)基于動態(tài)Voronoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值。其中，基于動態(tài)Voronoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法是指給出虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點P的位置，將其和所有預(yù)先設(shè)置的非均勻傳感器位置結(jié)合構(gòu)造出Voronoi圖D ;虛擬均勻網(wǎng)格中P點的溫度數(shù)值由Voronoi圖D中P點的I級鄰域采樣點集和2級鄰域采樣點集通過距離倒數(shù)加權(quán)算法計算得到。其中，I級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中，所有與P點相鄰的采樣點定義為P點的I級鄰域采樣點集。其中，2級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中，所有與P點的I級鄰域采樣點集相鄰的采樣點定義為P點的2級鄰域采樣點集。進ー步的，本方案在根據(jù)基于動態(tài)Voronoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，算法框架如下4.根據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點P的位置，將其和所有非均勻采樣點位置結(jié)合構(gòu)造出動態(tài)Voronoi圖D。5.尋■找動態(tài)Voronoi圖D中P點的I級鄰域采樣點集和2級鄰域采樣點集。6.首先根據(jù)P點的I級鄰域采樣點和2級鄰域采樣點構(gòu)成的集合C ;由于I級鄰域采樣點比2級鄰域采樣點對P點的影響更大，因而設(shè)定影響因子w為隨領(lǐng)域級數(shù)的増大而衰減的函數(shù)，本實施例中設(shè)定其為負指數(shù)函數(shù)；最后通過距離倒數(shù)加權(quán)算法計算出P點的溫度估計值為
IぜTp =< Y,s^cWidi~ ' (公式一)
.しもニ 0dt = Jixp — x5i)2 + (vP -ys!)2 (公式ニ)圖4為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均運算時間比較圖；圖5為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均溫度誤差比較圖；圖6為不同傳感器數(shù)量下熱點溫度誤差比較圖。溫度分布単元55，用于依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。具體而言，在本發(fā)明實施例中，在估計出所有虛擬均勻網(wǎng)格的溫度數(shù)值后，運用經(jīng)典的均勻采樣插值算法重構(gòu)出整個芯片的溫度分布。進ー步的，在本發(fā)明實施例中分別采用了三種經(jīng)典的均勻采樣插值算法鄰近插值、雙線性插值和雙三次樣條插值。圖4為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均運算時間比較圖；圖5為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)平均溫度誤差比較圖；圖6為不同傳感器數(shù)量下熱點溫度誤差比較圖；圖7為不同傳感器數(shù)量下熱重構(gòu)結(jié)果圖。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于ー種計算機可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能単元可以集成在ー個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。
綜上所述，本文提供了ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置，通過計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格并估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，最終依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布，本方案能有效的運用在動態(tài)熱管理技術(shù)中實現(xiàn)實時的全局和局部溫度監(jiān)控。以上對本發(fā)明所提供的ー種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方案；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法，其特征在于，所述方法包括 步驟一、計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布； 步驟二、通過熱感器獲取采樣溫度值列表； 步驟三、根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格； 步驟四、估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值； 步驟五、依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，功耗數(shù)據(jù)包括但不限于模塊的動態(tài)功耗和漏功耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述功耗數(shù)據(jù)是通過微處理器性能仿真軟件在該芯片架構(gòu)上仿真標(biāo)準測試程序，并在此基礎(chǔ)上集成功耗分析模塊來計算芯片的動態(tài)功耗和漏功耗。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的方法，其特征在于，所述步驟二中，是依據(jù)標(biāo)準測試程序特性，在芯片架構(gòu)中可能出現(xiàn)熱點的部分放置熱傳感器，得到采樣溫度值列表。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟二中，采樣溫度值列表是指根據(jù)放置的熱傳感器數(shù)量，將仿真得到的多核處理器溫度分布中的對應(yīng)熱點部分溫度數(shù)值作為熱傳感器讀數(shù)，所有熱傳感器讀數(shù)組成采樣溫度值向量。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，微處理器的溫度分布是指通過仿真軟件得到的多核處理器工作狀態(tài)時的二維溫度矩陣，該矩陣的行列數(shù)根據(jù)仿真精度的要求確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟三中，虛擬均勻網(wǎng)格是指由于在計算機處理過程中任何連續(xù)的變量必須離散化，因此首先將整個芯片區(qū)域中連續(xù)的溫度信號離散化為LXW的網(wǎng)格表述，在此基礎(chǔ)上定義一個二維的虛擬均勻網(wǎng)格MXN，其中0彡M彡L，0彡N彡W。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟四中，是根據(jù)基于動態(tài)VOTonoi圖的距離倒數(shù)加權(quán)算法估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述距離倒數(shù)加權(quán)算法是指給出虛擬均勻網(wǎng)格中任意一點P的位置，將其和所有預(yù)先設(shè)置的非均勻傳感器位置結(jié)合構(gòu)造出Voronoi圖D ;虛擬均勻網(wǎng)格中P點的溫度數(shù)值由Voronoi圖D中P點的I級鄰域采樣點集和2級鄰域采樣點集通過距離倒數(shù)加權(quán)算法計算得到。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或9所述的方法，其特征在于，進一步包括I級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中，所有與P點相鄰的采樣點定義為P點的I級鄰域采樣點集。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或9所述的方法，其特征在于，進一步包括2級鄰域采樣點集是指在Voronoi圖D中，所有與P點的I級鄰域采樣點集相鄰的采樣點定義為P點的2級鄰域采樣點集。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟五中，在估計出所有虛擬均勻網(wǎng)格的溫度數(shù)值后，是運用均勻采樣插值算法重構(gòu)出整個芯片的溫度分布。
13.一種基于動態(tài)VOTonoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)裝置，其特征在于，所述裝置包括計算單元、獲取單元、構(gòu)造單元、溫度估算單元及溫度分布單元，通過計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格并估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，最終依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述計算單元用于計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述獲取單元用于通過熱感器獲取采樣溫度值列表。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述構(gòu)造單元用于根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述溫度估算單元用于估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述溫度分布單元用于依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于動態(tài)Voronoi圖的非均勻采樣熱重構(gòu)方法及裝置，通過計算芯片的功耗數(shù)據(jù)，并依據(jù)此功耗數(shù)據(jù)獲得在此功耗數(shù)據(jù)下微處理器的溫度分布，接著通過熱感器獲取采樣溫度值列表，然后根據(jù)芯片面積大小構(gòu)造虛擬均勻網(wǎng)格并估算出每個虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，最終依據(jù)虛擬均勻網(wǎng)格中的溫度數(shù)值，重構(gòu)出芯片的溫度分布，本方案能有效的運用在動態(tài)熱管理技術(shù)中實現(xiàn)實時的全局和局部溫度監(jiān)控。
文檔編號G06F15/78GK102760115SQ20121018941
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者劉文江, 劉濤, 周亮, 戎蒙恬, 李鑫 申請人:上海交通大學(xué)