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Document type: Dissertação
Title: Reduction of energy consumption in MPSOCS through a dynamic frequency scaling technique
Author: Rosa, Thiago Raupp da 
Advisor: Moraes, Fernando Gehm
Abstract (native): MPSoCs baseados em NoC têm sido empregados em sistemas embarcados devido ao seu alto desempenho, atingido através do uso de múltiplos elementos de processamento (PEs). Entretanto, a especificação da funcionalidade, agregada a especificação de requisitos de consumo de energia em aplicações móveis, pode comprometer o processo de projeto em termos de tempo e/ou custo. Dessa forma, a utilização de técnicas para gerenciamento de consumo de energia é essencial. Além disso, aplicações que possuam carga de trabalho dinâmica podem realizar esse gerenciamento dinamicamente. A utilização de técnicas para escalonamento dinâmico de tensão e frequência (DVFS) mostrou-se adequada para a redução do consumo de energia em sistemas computacionais. No entanto, devido à evolução da tecnologia, a variação mínima de tensão é menor, e o tempo de resposta elevado dos métodos de DVFS pode tornar esta técnica inadequada em tecnologias DSM (deep sub-micron). Como alternativa, a utilização de técnicas para escalonamento dinâmico de frequência (DFS) pode prover uma boa relação custo-benefício entre economia e consumo de energia. O presente trabalho apresenta um esquema de escalonamento dinâmico de frequência distribuído auto-adaptável para MPSoCs baseados em NoC. Ambos os elementos do MPSoC (NoC e PEs) possuem um esquema específico. O esquema para os PEs leva em consideração as cargas de computação e comunicação do mesmo. Na NoC, o esquema é controlado através de informações provenientes do pacote que trafega na rede e da atividade do roteador. Além disso, um módulo para geração local de relógio é apresentado, o qual é responsável por prover o sinal de relógio para PEs e roteadores da NoC. O esquema de geração do sinal de relógio é simples, baseado em roubo de ciclo de um sinal de relógio global. Este ainda fornece uma ampla variedade de frequências, induz baixo custo adicional de área e consumo e responde rapidamente a uma nova configuração. Para avaliar o esquema proposto, aplicações sintéticas e reais foram simuladas. Os resultados mostram que a redução no número de instruções executadas é de até 65% (28% em média), com um custo adicional de no máximo 14% no tempo de execução (9% em média). Em relação à dissipação de potência, os resultados mostram que a redução é de até 52% nos PEs (23% em média) e de até 76% na NoC (71% em média). O overhead de consumo apresentado pelo esquema dos PEs é de 3% e pelo esquema da NoC é de 10%
Abstract (english): NoC-based MPSoCs are employed in several embedded systems due to the high performance, achieved by using multiple processing elements (PEs). However, power and energy restrictions, especially in mobile applications, may render the design of MPSoCs over-constrained. Thus, the use of power management techniques is mandatory. Moreover, due to the high variability present in application workloads executed by these devices, this management must be performed dynamically. The use of traditional dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) techniques proved to be useful in several scenarios to save energy. Nonetheless, due to technology scaling that limits the voltage variation and to the slow response of DVFS schemes, the use of such technique may become inadequate in newer DSM technology nodes. As alternative, the use of dynamic frequency scaling (DFS) may provide a good trade-off between power savings and power overhead. This work proposes a self-adaptable distributed DFS scheme for NoC-Based MPSoCs. Both NoC and PEs have an individual frequency control scheme. The DFS scheme for PEs takes into account the PE computation and communication loads to dynamically change the operating frequency. In the NoC, a DFS controller uses packet information and router activity to decide the router operating frequency. Also, the clock generation module is designed to provide a clock signal to PEs and NoC routers. The clock generation method is simple, based on local selective clock gating of a single global clock, provides a wide range of generated clocks, induces low area and power overheads and presents small response time. Synthetic and real applications were used to evaluate the proposed scheme. Results show that the number of executed instructions can be reduced by 65% (28% in average), with an execution time overhead up to only 14% (9% in average). The consequent power dissipation reduction in PEs reaches up to 52% (23% in average) and in the NoC up to 76% (71% in average). The power overhead induced by the proposed scheme is around 3% in PEs and around 10% in the NoC
Keywords: INFORMÁTICA
MULTIPROCESSADORES
ARQUITETURA DE COMPUTADOR
CNPQ Knowledge Areas: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Country: BR
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Institution Acronym: PUCRS
Department: Faculdade de Informáca
Program: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Citation: ROSA, Thiago Raupp da. Reduction of energy consumption in MPSOCS through a dynamic frequency scaling technique. 2012. 85 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2012.
Access type: Acesso Aberto
URI: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/5180
Issue Date: 27-Mar-2012
Appears in Collections:Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação

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