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测试响应:基准测试能有效地比较能量效率吗?

Robert Gravotta?? EDN技术编辑?? 2005年05月04日 ?? 收藏0

性能点的有效功率基准测试,可能会涉及到使用不同算法、软件代码和片上资源。这一要求对设计师在不同性能点上对同一器件进行挑苹果式比较的能力会产生很大的影响,更不用说这一要求在比较不同的处理器体系结构时意味着什么了。然而,这种情况是不切实际的,原因就在于基准应该是一种提高开发生产率的工具,有助于设计师迅速考察候选的体系结构和配置,并且更快地做出折衷的决策。
  一种折衷方案是在多个性能点上,在多个时钟频率和多个电压下执行相同的优化代码,这意味着,当处理器厂商将功率基准测试应用于处理器时,该厂商的优化代码应该针对性能有效点。基准测试数据在该有效点及其附近最适宜,而对远离该有效点的性能点则可能失去有效性。因此,处理器厂商必须标出目标的性能有效点;不过,对于用标准化的性能阈值进行的专用基准测试来说,这一问题可能并不重要。


  更多挑战
  EEMBC公司总裁Markus Levy说:“在硬件上运行基准测试集是很容易的,但测量能耗却是很困难的。与之相反,测量IP(知识产权)内核的能耗是很容易的,而在IP内核上运行基准测试集却是很困难的。”这种说法表明:EEMBC公司的基准测试能以处理器速度在硬件上执

行,但却要在数天的周期内使用IP内核的门级网表进行仿真。同样地,将测量装置连接到硬件的什么地方,在测量中应该包含哪些系统子部件,测量何时开始和何时终止,这些有时是不明显的。在进行IP内核仿真时,获得任何位置的数据是一件相对简单的事情,给仿真配备仪器就是了。
  目前尚不清楚如何确定和运用一种连贯的方法来测量能量效率并使能量效率与某一性能点相关。当前,BDTI公司和EEMBC公司都提出,只要测试配置适当公开,将内核和局部存储器列入测量工作量就足够了。这种配置公开之所以非常重要,乃是因为具有片上大存储器或内置加速器的器件,即使实现较低的总系统能耗,但与厂商利用芯片外存储器和芯片外加速器对其进行基准测试的处理器相比似乎仍具有较低的能量效率。如果基准测试面向不同的工艺尺寸或程序库,那就很难对IP内核的能量效率进行有意义的比较。BDTI公司和EEMBC都采取了一种折衷立场:采用一种一致的工艺和程序库集。随着时间的推移,这两个单位都期望能发展和改进其功率基准测试过程。
  另一个难题是,处理器厂商的评估电路板有时不适应功率测量。为低功耗系统用的器件提供评估电路板的公司,通常为处理器上每块芯片和每个子系统提供接入点和单独的电源线。将电源和接入点分开的有效方法是:一条线接CPU内核和L1高速缓存,一条线接I/O引脚,再有一条线接器件中其它元件。没有把电源分离开的电路板会使测量和基准测试过程复杂化。
  按照EEMBC在基准测试期间测量能量的方法,各个被测器件必须在相同的条件下工作,其中包括环境温度和测量设备。为了确保处理器达到稳定的工作状态,设计师应进行多次测试。为了避免混叠,功率采样采用一种依赖于随机的多种时间间隔的智能采样方法。测试未考虑静态功率,不过的确要求厂商公开作为配置部分的冷却方法和时钟频率。测量结果就是每次测试迭代的平均能量,设计师可将其与性能基准关联起来。
  为对IP内核进行基准测试,EEMBC的基准测试流程在任何HDL仿真器中执行一个门级网表(图1)。花费数日才能完成的仿真,其输出是一个SAIF(开关动作互换格式)文件,它与网表、技术程序库和寄生效应模型一起输入Synopsys公司的PrimePower工具。该流程的结果是一个功率波形和报告。这一过程目前是以内核为中心的,而且只包含那些参与性能基准测试的高速缓存。能量基准测试并非是能量的绝对度量,但却在比较基准测试分时能相对表示能量效率。


处理器厂商直到最近还只是提供电子数据表作为辅助分析功耗和能耗的唯一工具


  其它工具
  每一位设计师必须解决的问题是如何确认什么样的基准测试数据是可用的,并将其变换成某一项目的细节——这是在进行基准测试时的一项重要任务。处理器厂商直到最近还只是提供电子数据表作为辅助分析功耗和能耗的唯一工具(图2)。,这些电子数据表的复杂程度各不相同,视目标处理器支持的功率管理功能(例如低功耗模式、频率换算、电压换算)而定。遗憾的是,使用低功耗模式和换算功能是非常复杂的。这些电子数据表有助于设计师更自信地研究采用不同硬件和软件配置对能耗的影响。
  功耗设计折衷的一个例子是,是在工作周期内全速执行一个算法,以便器件进入低功耗模式,还是以较低的时钟速率连续执行同一个算法或一个等效的算法(图3)。电子数据表可以帮助识别一些不明显的因素,如低功耗模式下的静态功耗,模式切换引起的系统等待时间及能耗,以及每种方法的总能耗。对于支持并且能够利用由动态频率换算与电压换算带来的功率效率的系统来说,这些电子数据表的离散性和固定格式没有简化功耗和能耗分析。目前,这些电子数据表迫使设计师对这种动态特性进行静态平均估算。


功耗设计折衷的一个例子是


  功率规划工具、分析工具和优化工具开始超越电子


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基准测试? 能量? 效率?

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