协同设计用于多核HPC处理器MPC能效与热管理的可编程RISC-V加速器
分布式、并行与集群计算
2025-10-13 v1
摘要
管理能效和热特性对于拥有数百个应用类处理单元（PE）的多核HPC处理器至关重要。先进的模型预测控制（MPC）提供了最先进性能，但需要每秒求解上千次在线优化问题（1 kHz控制带宽），其计算和内存需求随PE数量扩展。传统MPC方法在PE上执行控制器，但操作系统开销引入抖动并限制控制带宽。在专用片上控制器上运行MPC可实现快速、确定性的控制，但会引发面积和功耗开销的担忧。在这项工作中，我们通过基于算子分裂二次规划求解器和嵌入式多核RISC-V控制器的硬件-软件协同设计，提出了一种轻量级MPC控制器。关键创新包括剪枝弱热耦合以减少模型内存，以及针对优化问题产生的稀疏三角系统的高效并行执行的前瞻调度。所提出的控制器在500 MHz下控制144个PE时实现亚毫秒级延迟，相比单核基线延迟降低33倍、能效提升7.9倍。在紧凑的小于1 MiB内存占用下，其功耗低至325 mW，仅占用典型HPC处理器芯片面积的不到1.5%。
引用
@article{arxiv.2510.09163,
title = {Co-designing a Programmable RISC-V Accelerator for MPC-based Energy and Thermal Management of Many-Core HPC Processors},
author = {Alessandro Ottaviano and Andrino Meli and Paul Scheffler and Giovanni Bambini and Robert Balas and Davide Rossi and Andrea Bartolini and Luca Benini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.09163},
year = {2025}
}
备注
18 pages, 16 figures, 1 table