异构多核体系结构的能效优化关键技术研究

Compared to homogeneous architecture, heterogeneous architecture has some advantages on implement high energy efficient system, because compute devices integrated in to heterogeneous architecture are more diverse and tasks could be mapped to suitable devices more reasonablly. However, current heterogeneous multi-core architecture failed to support energy efficient optimization as expected. For example, it does not provide necessary software or hardware support for energy efficient optimization, and the effect of some key modules or mechanisms on energy efficiency is still not clear. Therefore, this project focuses the research on key optimization techniques for efficiency optimization on heterogeneous multi-core architecture, including: energy efficiency model for heterogeneous architecture, co-optimizations of CPU and GPU in heterogeneous architecture for energy-efficiency, energy-efficient task mapping strategies for heterogeneous platform, data communication mechanisms on heterogeneous architecture and its effect on energy efficiency optimization. The results of this project could be used to both implement high energy efficient single computation node, and direct the design of next generation heterogeneous multi-core architectures.

与同构架构相比，异构架构中集成的计算单元数量更多、类型更丰富，计算任务能够被更加合理地分配到适合的计算设备上，获得更好的性能或性能功耗比。然而，现有的异构多核体系结构还不能很好地支持能效优化，如没有为能效优化提供必要的软硬件支持、一些关键模块或机制对能效优化的影响还不清楚，等等。为此，本项目将深入、系统地研究异构多核体系结构的能效优化关键技术，包括：异构多核体系结构的能效模型、异构多核结构中CPU与GPU的协同能效优化、面向能效优化的异构平台任务分配策略、异构体系结构中的数据通信机制及其对能效优化的影响。本项目的研究成果既能够直接用于实现高效能的单个计算节点，也可以用于指导未来高效能异构多核体系结构设计。

现有的异构多核体系结构还不能很好地支持能效优化的问题，比如没有为能效优化提供必要的软硬件支持、一些关键模块或机制对能效优化的影响还不清楚，等等。本项目从四个方面深入、系统地研究异构多核体系结构的能效优化关键技术，包括：异构多核体系结构的能效模型、异构多核结构中CPU与GPU的协同能效优化、面向能效优化的异构平台任务分配策略、异构体系结构中的数据通信机制及其对能效优化的影响。本项目取得的主要研究成果包括：基于硬件性能计数器，提出了LL-MAB、PPEP、SCP等面向多核CPU的性能和功耗模型，并已在商用处理器上实现；出了面向集成GPU的功耗模型以及精简模型的优化方法；提出了CPU&GPU融核处理器的程序并行执行的性能分析和优化策略并在真实处理器平台上进行了测试；提出了异构平台上面向能效优化的任务分配策略；提出了一种面向异构平台的透明页面迁移策略；提出了面向GPU的动态Warp重构方法。上述方法已在真实平台上或模拟器上进行了实现，测试结果表明，所提出的模型精度高、开销小，所提出的优化策略能够带来功耗或性能上的收益。