大动态范围多核处理器供电系统设计研究

摘要

现代处理器越来越多地使用功耗管理技术,如动态电压频率调节,近阈值电压计算和睿频(Turbo Boost)技术等,这些技术增大了处理器的运行功耗范围.但是,大的电压范围给处理器的供电系统设计带来了新的挑战——由于传统的供电系统并不能够高效地支持大的电压范围,这些技术会使供电系统产生额外的功耗损失.首先研究了供电系统中的主要组成部分,即电压调整系统,发现已有的电压调整器设计方法都是针对较窄的电压范围,在大动态功耗范围下功耗转化效率低的关键问题.现有的系统层供电系统优化主要针对处理器和电压调整器的协同优化以降低整个系统的功耗,对大电压范围的分析比较欠缺.提出了一种大动态范围多核处理器的电压调整系统设计方法,这种方法结合了不同类型电压调整器的优点,当处理器处于低负载状态的时候,采用片上开关电容电压调整器向其供电,当处理器处于高负载状态的时候,采用片外电感式电压调整器向其供电.在这个设计的基础上,提出了一种电压调整器相关的功耗管理算法,该算法采用启发式的方法找到多核处理器的最佳配置,实现了在功耗约束下最大化系统性能的目标.实验证明本文提出的方法能够高效地支持大动态范围多核处理器.