多核计算机整机系统的实时功率建模

摘要

早期人们通过增加流水线深度等策略提高处理器性能，同时这也促进了处理器架构的多样化发展。然而，处理器功耗也随着摩尔定律呈指数型增长，影响系统性能，加速芯片老化。功耗问题引起了越来越多人的关注。测量计算机系统实时功率消耗也已经成为了软硬件研究和设计的关键。本文针对这一问题，展开了对实时功率的研究，分析处理器、硬盘(固态盘以及机械硬盘)和内存的活动信息，如处理器核频率、性能事件等，并在此基础上构建了两种整机系统的实时功率模型。本文主要贡献如下：
　　1.构建整机系统实时功率模型。主要考虑处理器、硬盘(固态盘和机械硬盘)和内存这三部件的利用率以及执行核频率。通过单一控制变量法分析增加这些因素对模型准确性的影响，同时考察外存为固态盘或机械硬盘时对整机功率的对模型准确性的影响。
　　2.构建基于性能事件的通用型的处理器和内存的动态实时功率模型。分析实验平台支持的所有性能事件与功率之间的关系，并通过两种方案选择的性能事件构建模型。并对模型进行分析及验证。
　　3.构建基于性能事件和利用率的整机系统实时功率模型。整机功率由静态功率和动态功率组成的。该模型结合整机静态功率、处理器和内存实时功率模型以及硬盘部分的功率模型所构成，该模型具有通用性，不依赖于特定负载。
　　实验结果表明文本涉及的针对数据库系统的整机功率模型，具有良好的平台移植性及准确度。使用四种连接算法对模型进行验证，大部分模型的相对误差在5%?8%之间。构建的处理器和内存的实时功率模型的相对误差基本在9%?13%之间。结合性能事件与利用率的整机功率模型相对误差在4%?13%。

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