多处理器片上系统中温度敏感的节能调度研究

多处理器片上系统（MPSoC）是指在单芯片上集成多个处理器内核，通过并行处理提升系统的性能，这种处理器已经得到了科研领域的广泛关注和工业界的大力支持。在提高处理能力的同时，MPSoC芯片也带来了功耗过高和发热量大等方面的问题。在满足实时系统截止期和芯片阈值温度需求的约束下，如何进行任务调度、降低芯片能耗是一个亟需解决的热点问题。本研究拟在MPSoC中建立功率-温度-能耗动态预测和度量模型，并在该模型基础上研究温度和能量动态管理机制；针对由硬实时任务和软实时任务组成的混合实时任务集合，拟采用反馈控制的方法，提出一组低功耗的实时调度算法；针对不同任务的实时性需求，结合动态电压/频率调整技术，对实时任务调度算法做出优化；进一步建立一个基于MPSoC的实时任务调度仿真系统，对所提出的模型和算法进行评估。本项目将建立一套高效的动态度量模型和实时调度机制，对推动多处理器实时系统发展提供理论和技术支持。

多处理器片上系统（MPSoC，即异构多核处理器）是将多个处理器或功能模块(通用处理器、语音、图形处理器等)集成在一个芯片上的特殊多处理器系统。这类芯片通过高集成度、并行处理提升系统的整体性能，在高性能计算和嵌入式系统等领域（例如，众核处理器、多核手机处理器）得到了广泛应用。然而，在集成度提高的同时，MPSoC 芯片带来了功耗过高、散热慢、温度过高、分布不均衡等问题。这些问题严重制约着高性能微处理器的应用和发展。在满足任务要求、芯片阈值温度的约束下，如何通过任务调度和动态电压频率调整技术，降低芯片能耗是一个亟需解决的热点问题。. 根据芯片工艺结构和任务运行时参数等信息，本项目建立了一套功率-温度-能耗动态度量和预测模型，并在该模型基础上研究了温度控制、能量动态管理和可信通信机制。. （1）在功率-温度-能耗动态度量和预测模型中，本课题研究了基于温度滑动窗口模型；在任务位置和处理器频率指定中，研究了基于整数线性规划的静态分配模型。. （2）在任务调度策略中，针对不同任务的截止期、依赖约束、重要程度等因素，研究一种多处理器上考虑温度时空变化的独立任务调度策略，一种支持DVFS并且考虑任务依赖约束的任务调度策略，和一种集群服务器上考虑任务依赖约束的任务调度策略。这些策略能够在不影响任务截止期、执行顺序的条件下，做出节能优化，尽量减少处理器和整个系统的能耗。. （3）在可信通信研究中，研究了基于概率稳定模型的可信调度和路由策略，设计了一组适合于移动自组织网络的可信调度和路由算法。. （4）在理论研究的基础上，设计了一个考虑多核芯片考虑处理器结构、内核温度、任务运行参数等多种因素的并行任务调度仿真系统，对所提出的模型和算法进行评估。. 本项目按原计划顺利进行，主要研究内容已经完成，在功率-温度-能量管理模型、温度或能耗感知的调度算法、自组织网络路由协议等方面取得了部分研究成果。项目累计发表或录用科研论文18篇，国家发明或实用新型专利4项。. 本项目为推动高性能多处理器系统和移动自组织网络的发展提供理论依据和技术支持。