FlexWatts：一种面向高能效微处理器、感知功耗与工作负载的混合供电网络
硬件体系结构
2020-09-22 v1
摘要
现代客户端处理器通常采用三种常见供电网络（PDN）之一：1）主板电压调节器（MBVR），2）集成电压调节器（IVR），以及 3）低压差电压调节器（LDO）。我们观察到，这些 PDN 的能效随处理器功耗（如热设计功耗（TDP）与动态功耗状态）及工作负载特征而变化。这导致能效低下与性能损失，因为现代客户端处理器在极宽的功耗范围内运行并执行种类繁多的负载。我们提出 FlexWatts，一种面向现代客户端处理器的混合自适应 PDN，其目标是通过将 PDN 动态分配至处理器域，在处理器宽功耗与负载范围内提供高能效。FlexWatts 基于三个关键思想。首先，它以一种新颖方式组合 IVR 与 LDO 以共享多个片上与片外资源；该混合 PDN 被分配至具有宽功耗范围的处理器域，并依据功耗在两种模式间动态切换：IVR 模式与 LDO 模式。其次，对于所有其他处理器域，FlexWatts 静态分配片外电压调节器。第三，FlexWatts 引入一种预测算法，将混合 PDN 切换至最有利的模式。为评估 PDN 的权衡，我们开发并开源了 PDNspot——首个经过验证的架构级 PDN 模型，可对 PDN 指标进行定量分析。借助 PDNspot，我们在多种 SPEC CPU2006、3DMark06 与电池续航负载上，针对现代客户端处理器中最先进的 PDN（即 IVR）评估 FlexWatts。对于 4W TDP 处理器，FlexWatts 将 SPEC CPU2006 与 3DMark06 负载的平均性能分别提升 22% 与 25%。FlexWatts 的成本与面积开销与 IVR 相当。
引用
@article{arxiv.2009.09094,
title = {FlexWatts: A Power- and Workload-Aware Hybrid Power Delivery Network for Energy-Efficient Microprocessors},
author = {Jawad Haj-Yahya and Mohammed Alser and Jeremie S. Kim and Lois Orosa and Efraim Rotem and Avi Mendelson and Anupam Chattopadhyay and Onur Mutlu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.09094},
year = {2020}
}
备注
To appear in the MICRO 2020 conference proceedings