[发明专利]一种微处理器快速瞬态热分布估计方法

说明书

本发明涉及微处理器领域，涉及微处理器热分布估计，具体为一种微处理器快速瞬态热分布估计方法，用以克服现有技术中温度估计计算延迟较大、温度估计误差较大的问题，本发明提供一种快速高精度的微处理器瞬态热分布估计方法，该方法利用微处理器上的性能计数器估计出微处理器各部件的功耗，通过微处理器紧凑热模型计算出微处理器的热分布，同时结合片上物理热传感器的读数以及微处理器各功能模块的功耗相关性，对热估计进行反馈校正，从而得到微处理器的精确热分布。

技术领域

本发明涉及微处理器领域，涉及微处理器热分布估计，具体为一种微处理器快速瞬态热分布估计方法。

背景技术

随着集成度的提高，微处理器的高功率密度导致芯片温度不断提高。过高的温度将给芯片带来晶体管转换速率降低、互连线延迟增加、计算出错率增加、使用寿命降低等多种负面影响。许多动态热管理技术被提出以解决微处理器的高温问题，其中包括动态电压频率缩放技术、任务调度技术、任务迁移技术、时钟门控技术等。这些动态热管理技术大多依赖于片上物理热传感器提供芯片温度监控信息。然而，因为片上物理热传感器数量稀少，且在芯片上的分布并非最优，仅仅使用物理热传感器进行温度监控无法获取芯片的热点温度以及热分布信息。而缺乏整个微处理器的热分布监控信息，则对热管理的有效性有较大的影响。具体来说，物理热传感器仅能获得其所处位置的温度读数，而该位置往往并非芯片乃至该物理传感器周围最高温度所在之处。这将使得相应的动态热管理技术错误判断芯片所处温度情况，进而采取错误的热管理决策，导致芯片可靠性降低。因此，快速而又精确进行微处理器热分布估计，是保证动态热管理技术能够高效地做出准确热管理决策的重点。

通过对现有技术文献检索发现，Shervin Sharifi和Tajana Simunic Rosing在2010年IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits andSystems(IEEE集成电路与系统的计算机辅助设计汇刊)中发表文章《Accurate Direct andIndirect On-Chip Tempe rature Sensing for Efficient Dynamic ThermalManagement》(应用于高效动态热管理的精确直接与间接片上热传感)，该文章提出了在片上物理热传感器数量不足的情况下，使用基于热模型的软件热传感器获取芯片的热分布；该方法首先对微处理器芯片建立热模型，并使用芯片功耗估计作为热模型的输入，计算估计出芯片的温度分布；为了获取更为准确的温度分布估计，该方法使用物理热传感器读数并结合卡尔曼滤波器对温度分布估计进行校正。这种方法主要存在两方面缺陷：第一，由于芯片热模型的规模较大，直接使用该热模型将导致较大的热估计延迟；第二，虽然该方法采用了基于卡尔曼滤波器的热反馈进行温度估计，但是由于未能考虑芯片各模块间的功耗相关性，该方法在远离物理热传感器的位置具有较大的温度估计误差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中温度估计计算延迟较大、温度估计误差较大的问题，提出一种快速高精度的微处理器瞬态热分布估计方法，该方法利用微处理器上的性能计数器估计出微处理器各部件的功耗，通过微处理器紧凑热模型计算出微处理器的热分布，同时结合片上物理热传感器的读数以及微处理器各功能模块的功耗相关性，对热估计进行反馈校正，从而得到微处理器的精确热分布。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种微处理器快速瞬态热分布估计方法，包括：

步骤1、建立微处理器热模型；

步骤2、采用结构保持模型降阶方法对步骤1得到的热模型进行压缩，得到微处理器紧凑热模型；

步骤3、通过微处理器功耗估计软件在微处理器架构上仿真运行标准测试程序得到微处理器各功能模块功耗估计；

步骤4、通过在微处理器上仿真运行多个测试程序获取微处理器各功能模块功耗误差信息，计算功能模块功耗误差间的相关性矩阵，从而构建微处理器的功耗误差关系矩阵；