一种基于预采样的模块级热分析方法技术

本发明专利技术公开了种基于预采样的模块级热分析方法，该分析方法包括采样热阻矩阵S的预提取模块，预提取模块将S作为参数库输入S到实用电阻矩阵R的映射模块，映射模块将R作为参数库输入到基于R计算芯片温度Tchip的模块。由于是采用预提取方法，然后将根据方案中模块的大小与位置直接使用S计算出模块之间的相关热阻矩阵R，芯片布局变化后无需再次提取芯片模块的相关热阻，该分析法可以获得3.7倍的加速效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预采样的模块级热分析方法
本专利技术涉及电子自动设计领域，具体涉及一种基于预采样的模块级热分析方法。
技术介绍
目前多核CPU采用同质架构，即每个核拥有相同的逻辑功能模块、容量相同的专享缓存(cache)，占有相同的内核面积，同时共享LLC缓存、I/O等功能模块。每个核具有相同数量的工作模式，每种工作模式具有不同的能耗，即每个核具有一个全速高能模式外，还具有多个节能程度不同的节能模式。在每个核内，一般都具有一个功耗密度最大的逻辑功能模块、一个指令L1缓存和一个数据L1缓存，其功耗密度次之，一个功耗密度最小的L2缓存。由于注入的热量大，每个核的热点(温度最高点)出现在逻辑功能模块，所以在物理设计中，逻辑功能模块一般要布放在散热条件好的芯片边沿处，而将功耗密度最小的LLC缓存布放在散热条件最差的芯片中央，以降低芯片的热点温度。图1a为Alpha21264芯片的物理布局[13]，用HotSpot计算分析的温度分布如图1b所示。芯片热分析及HotSpot模块级模型在MPSoC结构级热分析中，一般采用稳态热分析方法计算温度分布，以降低计算复杂度[7,8]。对于稳态热分析而言，将芯片的功耗分布作为注入的热流向量P，对芯片进行离散化建模后,可以获得节点之间的热导矩阵G，目前多采用如下的稳态热分析方程计算节点温度分布向量T：G×T＝P(1)对于多核DPTM研究，目前广泛采用Skadron等发表的HotSpot热分析模型进行构建热导矩阵G，并采用上式进行计算。HotSpot采用基于等效热导的电路模型，将体系结构级的块作为分析热点的对象。电热耦合效应：温度对漏电流功耗的影响芯片功耗由动态功耗Pdynamic与静态功耗Pleakage两部分组成，随着工艺的提高，Pleakage已成为芯片功耗的主要贡献者。而工作温度的升高可以明显增大Pleakage，此现象称之为电热耦合效应。本专利技术通过HSPICE软件进行曲线拟合[15]、以获得如下的温度与漏电流之间的关系式：Pleakage(T)=VddI(V0,T0)(AT2eαVdd+βT+BeγVdd+δ)---(2)]]>式中Vdd,T是供电电压和工作温度，V0和T0是额定的供电电压和工作温度，I(V0,T0)是设定条件下的工作电流值，A，B，α，β，γ，δ，μ，η为经验参数，同样由芯片工艺所决定，本专利技术中所用A，B，α，β，γ，δ，μ，η的值如表1所示(图1c)。综合动态、静态功耗模型，可以给出温度与运行时功耗的关系表达式：Pactive＝CVdd2f+NgateIleakageVdd(3)上式中的第一项代表动态功耗，第二项代表静态功耗。由于当给定供电电压Vdd后，工作频率与工作电压成正比，可以进一步简化动态功耗Pdynamic的计算公式：Pdynamic＝C2Vdd3(4)I(V0，T0)为与集成工艺相关、在参考电压和参考温度下的参考漏电流，A，B，α，β，γ，δ，μ，η是经验参数，同样由芯片工艺所决定。如图2所示，对于一个16核CPU的测例(其具体的实验参数设置见本专利技术后面的4.1部分)，采用迭代算法来逼近最终的精确解，与不考虑电热耦合效应的初始解相比，芯片最高温度与静态功耗都有了明显的增加，这表明在芯片的温度分析中、必须考虑温度对静态功耗的影响，否则，将会产生较大的分析误差。同时，与不考虑电热耦合效应的温度分析算法相比，由于考虑电热耦合效应的温度分析算法需要采用7次迭代计算才能获得精确解，所以其算法复杂度是对比算法的7倍，因此降低考虑电热耦合效应的温度分析算法复杂度就具有非常重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于，克服现有技术中的缺陷，为了将芯片多个热点的温度控制在一个安全阈值内，必须在设计与运行阶段，以功能模块与处理器核为单位，对芯片的功耗分布与任务调度进行优化，为此需要在结构级对芯片进行快速准确的热分析。提供一种计算方法简单，且精确度高的基于预采样的模块级热分析方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种基于预采样的模块级热分析方法，其特征在于，所述分析方法包括采样热阻矩阵S的预提取模块，预提取模块将S作为参数库输入S到实用电阻矩阵R的映射模块，映射模块将R作为参数库输入到基于R计算芯片温度(Tchip)的模块；在预提取模块内，首先输入内核尺寸采样质元边长h数据，再将质元边长h数据离散化得到M＝nx×ny个质元，将离散后的质元进行M次热阻向量提取构建S采样热阻矩阵；在映射模块内，输入布图方案得到N个模块的面积与位置，根据模块的角坐标，确定每个模块涵盖的质元及其占比；再根据模块的中心坐标，确定每个模块的中心点、相邻质元及其影响系数；在顺序取出模块根据所占的质元及其占比，计算模块p为所有模块中心点的相邻质元所带来的温度升高Tp,j；根据模块q中心点的相邻质元及其影响系数，来计算模块p对模块q所带来的温度升高Tp、q，及模块p和模块q之间的相关热阻Rp、q，构建实用矩阵；在芯片温度Tchip模块内，收入所有工作模式下的热量注入向量p序列，根据注入向量p和实用矩阵来计算模块的温度Tq，统计出模块的温度最高值为芯片温度Tchip，根据热量注入向量p序列所对应的Tchip序列来统计输入布图方案的最高芯片温度Tmax。其中优选的技术方案是，所述预采样热阻矩阵S＝{ai,j},i,j[0,M)；将S＝{ai,j},i,j[0,M)简称为采样热阻矩阵，ai、j是采样质元i与采样质元j之间的互阻，ai、j是采样质元i的自阻。进一步优选的技术方案是，所述模块p，它的热量激励共覆盖np个采样质元，对于模块q中心点的影响点j，它对点j温度升高Tp、j的贡献为：Tp,j=Σi=1np{aAp(i),j×Bp(i)}]]>式中AIp(i)是模块p所包含的第i个采样质元的地址，aAp(i),j是点Ap(i)和j之间的热阻，Bp(i)是模块p所包含的第i个采样质元的激励值。对模块q中心点的所有邻点温度升高Tp,j进行插值，可以获得其温度升高Tp,q，即模块p对模块q之间的相关热阻为Rp,q：Rp,q=Tp,q=Σj=1ncq{Tp,AIq(j)×Cq(j)}]]>式中AIq(j)为模块q中心点ncq个邻点中的第j个邻点的地址，Cq(j)为模块q中心点的第j个邻点对其的影响系数。本专利技术的优点及有益效果是，该基于预采样的模块级热分析方法PS-BloTAM，使用HotSpot为采样模块阵列建立相关热阻库，根据方案中模块的大小与位置完成采样空间热阻矩阵S向实用空间R的映射，进而使用R来计算出不同工作模式下的模块温度。从表3(多核芯片各核局部温度的分析精度对比)、表4(1000次热分析的各个算法耗时Runtime(S)及其加速倍数Speedup(X)对比)的算法精度与复杂度的比较结果可以看出：与HotSpot软件相比，本专利技术所提出的PS-BloTAM可以在满足精度要求的前提下，获得满意的加速效果，总耗时的加速比可以达到48倍，而与BloTAM算法相比，PS-BloTAM由于是采用预提取方法，然后将根据方案中模块的大小与位置直接使用S计算出模块之间的相关热阻矩阵R，芯片布局变化后无需再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于预采样的模块级热分析方法，其特征在于，所述分析方法包括采样热阻矩阵S的预提取模块，预提取模块将S作为参数库输入S到实用电阻矩阵R的映射模块，映射模块将R作为参数库输入到基于R计算芯片温度Tchip的模块；在预提取模块内，首先输入内核尺寸采样质元边长h数据，再将将质元边长h数据离散化得到M＝nx×ny个质元，将离散后的质元进行M此热阻向量提取构建S采样热阻矩阵；在映射模块内，输入布图方案得到N个木块的面积与位置，根据模块的角坐标，去顶每个模块涵盖的质元及其占比；再根据模块的中心坐标，确定每个模块的中心点、相邻质元及其影响系数；在顺序取出模块根据所占的质元及其占比，计算模块p为所有模块中心点的相邻质元所带来的温度升高Tp,j；根据模块q中心点的相邻质元及其影响系数，来计算模块p对模块q所带来的温度升高Tp、q，及模块p和模块q之间的相关热阻Rp,q，构建实用矩阵；在芯片温度Tchip模块内，收入所有工作模式下的热量注入向量p序列，根据注入向量p和实用矩阵来计算模块的温度Tq，统计出模块的温度最高值为芯片温度Tchip，根据热量注入向量p序列所对应的Tchip序列来统计输入布图方案的最高芯片温度Tmax。...

【技术特征摘要】
1.一种基于预采样的模块级热分析方法，其特征在于，所述分析方法包括采样热阻矩阵S的预提取模块，预提取模块将S作为参数库输入S到实用电阻矩阵R的映射模块，映射模块将R作为参数库输入到基于R计算芯片温度Tchip的模块；在预提取模块内，首先输入内核尺寸采样质元边长h数据，再将质元边长h数据离散化得到M＝nx×ny个质元，其中nx和ny是内核离散化后在X和Y轴的质元数目，将离散后的质元进行M次热阻向量提取构建S采样热阻矩阵；在映射模块内，输入布图方案得到N个模块的面积与位置，根据模块的角坐标，确定每个模块涵盖的质元及其占比；再根据模块的中心坐标，确定每个模块的中心点、相邻质元及其影响系数；顺序取出模块根据所占的质元及其占比，计算模块p为所有模块中心点的相邻质元所带来的温度升高Tp,j；根据模块q中心点的相邻质元及其影响系数，来计算模块p对模块q所带来的温度升高Tp,q，及模块p和模块q之间的相关热阻Rp,q，构建实用电阻矩阵；在芯片温度Tchip模块内，收入所有工作模式下的热量注入向量p序列，根据注入向量p序列和实用电阻矩阵来计算模块的温度Tq，统计出模块的温度最高值为芯片温度Tchip，根据热量注入向量p序列所对应的Tchip序列来统计输入布图...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆祖莹，邹甜，赵国兴，李晓怡，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11