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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蕭郁平
研究生(外文):Yu-Ping Hsiao
論文名稱:利用DVFS設計多核心系統之有效省電機制
論文名稱(外文):A Power-Efficient DVFS Mechanism in Multi-core Systems
指導教授:陳青文陳青文引用關係
指導教授(外文):Ching-Wen Chen
口試委員:劉宗杰郭育政
口試委員(外文):Tzong-Jye LiuYu-Chen Kuo
口試日期:2014-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:資訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:29
中文關鍵詞:動態電壓頻率調整效能無效時間快取失誤記憶體競爭處理器閒置
外文關鍵詞:Dynamic Voltage and Frequency Scaling(DVFS)performanceunavailable timecache missmemory contentionidle
相關次數:
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過去為了提升執行效能,提升處理器執行頻率為主要設計方法之一。但是當處理器處於閒置狀態時若仍維持高頻率運行則會造成功耗的浪費。因此動態電壓頻率調整(DVFS, Dynamic Voltage and Frequency Scaling)機制被提出且廣泛的使用在節省處理器發生閒置時浪費功耗上。
處理器閒置的情況有兩種,處理器工作量少以及快取失誤發生需要到記憶體做存取的情況。前者已經有許多研究討論並解決,但快取失誤造成處理器閒置功耗浪費的問題較少有研究利用調頻來改善功耗損失的問題。但是在節省功耗及執行效能上要如何去作取捨也是需要考量的重點之一。因此我們提出的方法中主要是針對一般使用者需求,在功耗及效能中取平衡,透過使用DVFS機制來決策對處理器最適合的執行頻率。
隨著使用者對電腦系統效能上的需求,處理器上執行的工作也越來越多,多核心系統架構被提出使用來提升執行效能。DVFS機制也在多核心系統上廣泛使用於節省功耗上。但是在多核心系統上多顆核心同時在執行工作,當快取失誤同時發生時可能造成記憶體競爭的問題。記憶體競爭發生時,會導致各核心資料處理時間延遲增加而造成效能下降且影響功耗,因此本篇論文提出利用DVFS機制去改善記憶體競爭發生,同時改善執行效能及決策一個理想執行頻率來節省功耗。
目錄
誌謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 v
表目錄 vi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目標 3
1.4 論文架構 3
第二章 相關研究 4
2.1 DVFS 基本架構介紹 4
2.2 處理器閒置問題 5
2.3 調節頻率的影響 6
2.4 DVFS相關研究論文 6
第三章 快取失誤之省電機制 8
3.1 基本系統架構 8
3.2 公式定義 9
3.3 理想頻率分析 10
3.4 改善記憶體競爭造成的功耗損失 11
第四章 模擬結果與分析 15
第五章 結論 18
參考文獻 19
[1]Christine Mayap Kamga, “CPU frequency emulation based on DVFS,” IEEE/ACM Fifth International Conference on Utility and Cloud Computing, pp.367-374, Nov.2012.
[2]Camponogara, Eduardo; Lima, George; Mosse, Daniel; Nassiffe, Riad, “Optimizing QoS in Adaptive Real-Time Systems with Energy Constraint Varying CPU Frequency,” III Brazilian Symposium on Computing Systems Engineering (SBESC), pp.101-106, Dec. 2013.
[3]Qian Diao; Justin Song, “Prediction of CPU Idle-Busy Activity Pattern,” IEEE 14th International Symposium on High Performance Computer Architecture, pp.27-36, Feb. 2008.
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[7]Wen-YewLiang; Yen-Lin Chen; Ming-Feng Chang, “A Memory-aware Energy Saving Algorithm with Performance Consideration for Battery-enabled Embedded Systems,” IEEE 15th International Symposium on Consumer Electronics (ISCE), pp.547-551, June. 2011.
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[9]Intel® PXA27x Processor Family.
http://www.penguin.cz/~utx/zaurus/datasheets/CPU/28000402.pdf
[10]Enomoto, T.; Kobayashi, N., “A low power multimedia processor implementing dynamic voltage and frequency scaling technique,” 18th Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC), pp.75-76, Jan. 2013.
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[12]Gangyong Jia; Xi Li; Chao Wang; Xuehai Zhou; Zongwei Zhu, “Frequency Affinity: Analyzing and Maximizing Power Efficiency in Multi-core Systems,” IEEE 20th International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication Systems, pp.495-497, Aug. 2012.
[13]Congfeng Jiang, “System Level Power Characterization of Multi-core Computers with Dynamic Frequency Scaling Support,” IEEE International Conference on Cluster Computing Workshops, pp.73-79, Sept. 2012
[14]Yiqiang Ding; Wei Zhang, “Loop-Based Instruction Prefetching to Reduce the Worst-Case Execution Time, “ IEEE Transactions on Computers, Vol.59, No.6, June2010.
[15]Jongeun Lee; Aviral Shrivastava, “PICA: Processor Idle Cycle Aggregation for Energy-Efficient Embedded Systems,” ACM Transactions on Embedded Computing Systems, Vol.11, No.26, July 2010.
[16]Jae-Beom Lee; Myoung-Jin Kim; Sungroh Yoon; Eui-Young Chung, “Application-Support Particle Filter for Dynamic Voltage Scaling of Multimedia Applications, ” IEEE Transactions on Computer, Vol.61, No.9, pp.1256-1269, Sept. 2012.
[17]Zoni, D.; Flich, J. ; Fornaciari, W., “Adaptive routing and Dynamic Frequency Scaling for NoC power-performance optimizations,” 23rd International Workshop on Power and Timing Modeling, Optimization and Simulation (PATMOS), pp.231-234, Sept. 2013.
[18]Magnusson, P.S.; Christensson, M., Eskilson, J.; Forsgren, D.; Hallberg G.; Hogberg, J.; Larsson, F.; Moestedt, A.; Werner, B., “Simics: A Full System Simulation Platform, “IEEE Computers , Vol.35, Issue 2, pp.50-58, February 2010.
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