一種基于遺傳算法的GPGPU極限功耗測(cè)試框架.pdf

1、作為一種新興的計(jì)算平臺(tái)，圖形處理器(GPU)在科學(xué)計(jì)算和工程領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的計(jì)算能力。GPU也很快由單純的圖形處理加速單元，演變成適合通用計(jì)算的處理器(GPGPU)。然而隨著計(jì)算性能和存儲(chǔ)帶寬的提升，GPGPU的功耗也由以前的幾十瓦增大到數(shù)百瓦，嚴(yán)重影響了GPGPU系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這使得功耗成為設(shè)計(jì)高性能GPU系統(tǒng)首先考慮的重要指標(biāo)之一。熱設(shè)計(jì)功耗是衡量GPU的熱量釋放的指標(biāo)，決定GPU冷卻模塊和電源模塊的功耗設(shè)計(jì)。通常熱設(shè)計(jì)功耗來自GPG

2、PU滿負(fù)荷狀態(tài)下實(shí)際能達(dá)到的極限功耗值。因此，準(zhǔn)確地測(cè)試極限功耗對(duì)高性能GPGPU的設(shè)計(jì)有重要的意義。
　　大量并行的計(jì)算核心、多層次的存儲(chǔ)系統(tǒng)和復(fù)雜的內(nèi)部互聯(lián)結(jié)構(gòu)使得GPU實(shí)際的極限功耗測(cè)試工作極其困難。傳統(tǒng)的做法是手工編寫功耗病毒程序進(jìn)行測(cè)試。這種方法繁瑣耗時(shí)，要求設(shè)計(jì)人員精通GPGPU體系結(jié)構(gòu)和編譯器原理。通常，手工編寫的功耗程序無(wú)法保證測(cè)得的極限功耗的準(zhǔn)確性，且不適用于不同的GPGPU體系結(jié)構(gòu)。
　　針對(duì)上述問題，本

3、文深入研究了當(dāng)前GPGPU主流基準(zhǔn)測(cè)試程序的功耗特征，設(shè)計(jì)了一種基于遺傳算法的GPGPU極限功耗測(cè)試框架。本框架首先通過一種基于隨機(jī)森林的功耗分析模型對(duì)程序功耗影響因子進(jìn)行分析，抽象出用于參數(shù)化描述功耗負(fù)載的負(fù)載模型。然后結(jié)合框架設(shè)計(jì)的代碼合成算法生成相應(yīng)的功耗負(fù)載模型搜索空間，最后由機(jī)器學(xué)習(xí)模塊SNAP使用遺傳算法對(duì)負(fù)載模型空間進(jìn)行自動(dòng)化搜索求出極限功耗最優(yōu)解。
　　本文借助gpgpu-sim和gpgpu-wattch模擬器對(duì)N

4、VIDIA公司的GTX480和quadro FX5600兩款GPGPU進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)表明使用自動(dòng)化框架測(cè)得的兩款GPU的極限功耗分別比當(dāng)前主流GPGPU基準(zhǔn)測(cè)試程序測(cè)得的最大功耗高出19％和14％。同時(shí)結(jié)合靜態(tài)功耗，框架測(cè)得極限功耗與官方設(shè)計(jì)的TDP誤差只有6％和3％。本文設(shè)計(jì)的極限功耗測(cè)試框架采用一種系統(tǒng)化的方法，不但可以簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、快速地找到不同體系結(jié)構(gòu)GPGPU的極限功耗，而且還可以對(duì)新型GPGPU系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)和效率評(píng)估，對(duì)現(xiàn)代新