Gerenciamento térmico e energético em MPSoCs

As altas variacoes termicas e de temperatura de operacao podem ter um impacto significativo no desempenho do sistema, consumo de energia e na confiabilidade, uma metrica cada vez mais critica em sistema multiprocessados. As tecnicas de gerenciamento termico existentes dependem de sensores fisicos para fornecer os valores de temperatura para regular a temperatura de operacao e a variacao termica do sistema em tempo de execucao. No entanto, os sensores termicos em um chip apresentam limitacoes (por exemplo, custo extra de potencia e de area), o que pode restringir seu uso em sistemas com uma grande quantidade de processadores. Neste contexto, esta Tese propoe um modelo de temperatura baseado em software, realizado em tempo de execucao, permitindo capturar informacoes detalhadas da distribuicao de temperatura de sistemas multiprocessados com custo minimo no desempenho das aplicacoes. Para validar a proposta, o modelo foi incluido em uma plataforma MPSoC com memoria distribuida, descrita no nivel RTL. Alem disso, os resultados mostram que o erro absoluto medio da estimativa de temperatura, em comparacao com a ferramenta HotSpot, e menor do que 4% em sistemas com ate 36 elementos de processamento. O mapeamento de tarefas foi o processo escolhido para atuar no sistema, utilizando as informacoes de temperatura geradas pelo modelo proposto. O mapeamento de tarefas e o processo de selecionar um elemento de processamento para executar uma determinada tarefa. O numero de nucleos em sistemas multiprocessados, aumenta a complexidade do mapeamento de tarefas. As principais preocupacoes no mapeamento de tarefas em sistemas de grande porte incluem: (i) escalabilidade; (Ii) carga de trabalho dinâmica; e (iii) confiabilidade. E necessario distribuir a decisao de mapeamento em todo o sistema para assegurar a escalabilidade. A carga de trabalho de sistemas multiprocessados pode ser dinâmica, ou seja, novas aplicacoes podem comecar a qualquer momento, levando a diferentes cenarios de mapeamento. Portanto, e necessario executar o processo de mapeamento em tempo de execucao para suportar carga dinâmica de trabalho. A atribuicao de carga de trabalho desempenha um papel importante na confiabilidade do sistema. O desequilibrio de carga pode gerar zonas de hotspot e consequentemente implicacoes termicas. Recentemente, tecnicas de mapeamento de tarefas com o objetivo de melhorar a confiabilidade do sistema foram propostas na literatura. No entanto, tais abordagens dependem de decisoes de mapeamento centralizado, que nao sao escalaveis. Para enfrentar esses desafios, esta Tese propoe uma heuristica de mapeamento hierarquico realizado em tempo de execucao, que ofereca escalabilidade e uma melhor distribuicao termica. A melhor distribuicao termica dentro do sistema aumenta a confiabilidade do sistema a longo prazo, devido a reducao das variacoes termicas e reducao de zonas de hotspot. A heuristica de mapeamento proposta considera a temperatura do PE como uma funcao custo. A proposta adota um esquema hierarquico de monitoramento de temperatura, capaz de estimar em tempo de execucao a temperatura instantânea de cada elemento de processamento. O mapeamento usa a temperatura estimada pelo metodo de monitoramento para orientar a decisao de mapeamento. Os resultados comparam a proposta com uma heuristica de mapeamento cuja principal funcao de custo minimiza a energia de comunicacao. Os resultados obtidos mostram diminuicao da temperatura maxima (melhor caso, 8%) e melhora na distribuicao termica (melhor caso, valor 50% menor do desvio padrao das temperaturas dos processadores). Alem disso, alcancou-se, no melhor caso, um aumento de 45% no tempo de vida do sistema utilizando o mapeamento proposto.