一種面向多媒體SOC的微狀態(tài)低功耗設(shè)計方法
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2 系統(tǒng)實現(xiàn)
在多媒體SOC中，為了保證服務(wù)質(zhì)量，系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)必須是面向最高負(fù)載情況。然而在實際運行過程中，視頻解碼器、中央處理器以及一些外設(shè)經(jīng)常處于不活動或者低負(fù)載狀態(tài)，這無疑白白消耗了一些能量。為解決該問題，EDA公司對Multi-Vt以及Muhi-Vdd等低功耗設(shè)計技術(shù)提供更有力的支持，IP供應(yīng)商對同一IP核也提供了豐富配置以滿足不同應(yīng)用需求，同時Foundry也提供了更豐富的標(biāo)準(zhǔn)單元庫以及工藝。在進(jìn)行低功耗多媒體SOC設(shè)計的過程中，設(shè)計者所要做的就是充分利用這些技術(shù)優(yōu)勢，盡可能地去開發(fā)可利用的低功耗設(shè)計空間。
圖3給出了一個多媒體SOC目標(biāo)系統(tǒng)的基本架構(gòu)圖，該系統(tǒng)和當(dāng)前多媒體SOC系統(tǒng)最大的差異在于增加了一個功率控制模塊(PCM)。該模塊的實現(xiàn)方式可以靈活多樣，對于某些對實時性要求較高的功能塊(如負(fù)載預(yù)測)，可以采用硬件加速的方式實現(xiàn)。而對于實時性要求不高的功能塊，則可以利用中央處理器的軟件資源來實現(xiàn)。在設(shè)計過程中，先將構(gòu)成系統(tǒng)的各個IP核按其配置和對應(yīng)的性能，同時結(jié)合多媒體SOC的應(yīng)用需求，組合成一系列的微狀態(tài)，然后將這些狀態(tài)構(gòu)成一個查找表，存儲于功率控制模塊。系統(tǒng)在運行過程中，控制模塊會根據(jù)當(dāng)前負(fù)載情況，實時調(diào)整整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過配置寄存器的方式，讓系統(tǒng)在各個不同微狀態(tài)之間切換，從而盡量使負(fù)載能均勻分布于整個運行過程中，達(dá)到降低功耗的目的。在功率控制模塊的核心算法中，本文采用了反饋控制和負(fù)載預(yù)測相結(jié)合的方式，以此來彌補(bǔ)彼此的不足之處。對于負(fù)載預(yù)測而言，預(yù)測模型的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到多媒體的服務(wù)質(zhì)量。研究表明，多媒體視頻幀長的統(tǒng)計特征表現(xiàn)出了很強(qiáng)的長相關(guān)性(longterm dependency，IRD)，而多媒體SOC的系統(tǒng)負(fù)載又和幀長有著直接關(guān)系，所以在功率控制模塊中，采用F-ARIMA模型來進(jìn)行負(fù)載預(yù)測。該模型是一種典型的自相似模型，能很好地反映時間序列的LRD特性，從而能比較準(zhǔn)確地進(jìn)行多媒體視頻應(yīng)用的負(fù)載預(yù)測。而對于反饋控制機(jī)制，本文采用了跟視頻服務(wù)質(zhì)量密切相關(guān)的最后期限缺失率(DMR)作為反饋標(biāo)準(zhǔn)。具體方法是：首先系統(tǒng)運行于缺省狀態(tài)，通常是性能相應(yīng)功耗都最高的狀態(tài)。然后系統(tǒng)根據(jù)性能檢測模塊，并從預(yù)測模型庫中選擇預(yù)測模型對負(fù)載進(jìn)行預(yù)測，然后根據(jù)預(yù)測結(jié)果實時調(diào)整當(dāng)前系統(tǒng)的微狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)性能檢測模塊監(jiān)測到DMR高于某一預(yù)先設(shè)定的門限，則系統(tǒng)反饋控制模塊負(fù)責(zé)調(diào)整預(yù)測模型的參數(shù)或者徹底更新預(yù)測模型，直至DMR值低于預(yù)先設(shè)定的門限值。
3 結(jié)論
本文針對移動多媒體SOC設(shè)計中的功耗問題，提出了一種系統(tǒng)級低功耗設(shè)計方法。該方法的核心是利用各種IP所提供的配置空間，將多媒體SOC系統(tǒng)細(xì)分為不同的微狀態(tài)。同時結(jié)合傳統(tǒng)的DVS以及DPM思想，利用反饋控制和負(fù)載預(yù)測相結(jié)合的方式，實時調(diào)整系統(tǒng)運行過程中的微狀態(tài)，從而在保證多媒體服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，讓系統(tǒng)負(fù)載盡可能均勻分布于整個運行期間，達(dá)到降低功耗的目的。通過系統(tǒng)級的仿真和評估，該算法相對傳統(tǒng)方法而言，進(jìn)一步有效地降低了系統(tǒng)功耗，平均約能降低40%左右。同時，由于該方法采用了與服務(wù)質(zhì)量直接相關(guān)的DMR作為反饋控制信號，故在降低功耗的同時，能保證多媒體視頻DMR在9%以下，均值在5%以下。 光電開關(guān)相關(guān)文章:光電開關(guān)原理
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