Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/32189Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Κυμπαρίδης, Γεώργιος | el |
| dc.date.accessioned | 2022-12-05T08:07:47Z | - |
| dc.date.available | 2022-12-05T08:07:47Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/32189 | - |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.26268/heal.uoi.12001 | - |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | * |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Μικροεπεξεργαστής | el |
| dc.subject | Microprocessor | en |
| dc.title | Μελέτη συσχέτισης της κατανάλωσης ισχύος με την μεταβολή των μετρητών απόδοσης ενός μικροεπεξεργαστή | el |
| dc.title | Study of the correlation between power consumption and the rise rate of performance counters of a microprocessor | en |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | * |
| heal.type | masterThesis | - |
| heal.type.en | Master thesis | en |
| heal.type.el | Μεταπτυχιακή εργασία | el |
| heal.classification | Μικροεπεξεργαστής | - |
| heal.dateAvailable | 2022-12-05T08:08:47Z | - |
| heal.language | el | - |
| heal.access | free | - |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής | el |
| heal.publicationDate | 2022 | - |
| heal.bibliographicCitation | Βιβλιογραφία: σ. 52-53 | el |
| heal.abstract | Πρώτης τάξης αντικείμενο μελέτης και έρευνας, αλλά και βασικό κριτήριο αξιολόγησης ενός κυκλώματος, είναι η κατανάλωση ισχύος. Η ανεξέλεγκτη κατανάλωση ισχύος και η συνεπακόλουθη αύξηση της θερμοκρασίας ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος, εγείρουν ένα μεγάλο φάσμα προβλημάτων αξιοπιστίας και ασφάλειας, από την μείωση της αναμενόμενης διάρκειας ζωής του κυκλώματος και την μείωση της επίδοσης, μέχρι και την καταστροφή του. Αυξάνοντας το κατασκευαστικό κόστος, οι περισσότεροι επεξεργαστές προσθέτουν ενσωματωμένους αισθητήρες που μετρούν συνεχώς την ισχύ και την θερμοκρασία έτσι ώστε αν ξεπεραστούν κάποια όρια, περιορίζουν τον ρυθμό εκτέλεσης, ή σε ακραίες περιπτώσεις θέτουν το σύστημα εκτός λειτουργίας για να προστατευθεί η ακεραιότητά του. Ωστόσο, οι σύγχρονοι επεξεργαστές υλοποιούν και μετρητές επίδοσης (Hardware Performance Counters), που μετρούν συμβάντα που σχετίζονται με την λειτουργία τους όπως οι κύκλοι εκτέλεσης, οι εντολές προσκόμισης, κ.α. Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά τη συσχέτιση του ρυθμού αύξησης των ενσωματωμένων μετρητών με την κατανάλωση ισχύος ώστε να ανιχνεύεται υπέρβαση ορίων κατανάλωσης ισχύος χωρίς να είναι απαραίτητοι οι αισθητήρες. Ο απώτερος στόχος είναι η εξάλειψη των αισθητήρων από επεξεργαστές χαμηλού κόστους χωρίς να τίθεται σε κίνδυνο η ασφάλεια και η αξιοπιστία των επεξεργαστών. Για τους σκοπούς της εργασίας υιοθετήθηκε ένας απλός επεξεργαστής αρχιτεκτονικής RISC-V και τροποποιήθηκε κατάλληλα ώστε να περιλαμβάνει επιπλέον μετρητές επίδοσης. Για την πρόκληση μεγάλης κατανάλωσης ισχύος στον επεξεργαστή απαιτούνται ειδικά προγράμματα καταπόνησης που είναι γνωστά ως θερμικοί ιοί (power virus). Καθώς τέτοια προγράμματα δεν υπάρχουν διαθέσιμα στον RISCV, τροποποιήθηκε ένα πλαίσιο λογισμικού, βασισμένο σε γενετικούς αλγορίθμους, και που εστίαζε στις αρχιτεκτονικές ARM και x86, ώστε να παράγει θερμικούς ιούς για RISC-V. Αρχικά η ανάπτυξη και ο πειραματισμός έγιναν με προσομοίωση. Ο επεξεργαστής προσομοιώνεται σε επίπεδο συμπεριφοράς (behavioral simulation) για να εξαχθούν οι τιμές των μετρητών επίδοσης και στη συνέχεια σε δεύτερο στάδιο υλοποιείται μια λειτουργική προσομοίωση (functional simulation) για την καταγραφή της δραστηριότητας μεταγωγής. Αυτή η δραστηριότητα μεταγωγής χρησιμοποιείται στη συνέχεια για τη δημιουργία μιας λεπτομερούς αναφοράς της κατανάλωσης ισχύος. Επειδή η διαδικασία αυτή ήταν πολύ χρονοβόρα,ο πειραματισμός μεταφέρθηκε σε μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο με χρήση πλακέτας FPGA. Προστέθηκε στην υλοποίηση του επεξεργαστή στην FPGA ένα κύκλωμα σειριακής επικοινωνίας (UART) καθώς και ένας μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό σήμα (ADC) που μετράει το ρεύμα της πηγής τροφοδοσίας του επεξεργαστή. Έτσι ένας υπολογιστής συνδέεται με την πλακέτα FPGA του επεξεργαστή, στέλνει το πρόγραμμα προς εκτέλεση και, στο τέλος της εκτέλεσης παίρνει τους μετρητές και το μέσο ρεύμα κατανάλωσης μέσω της σειριακής θύρας. Η επεξεργασία των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν έδειξε ότι πράγματι κάποιοι μετρητές επίδοσης έχουν μεγάλη συσχέτιση με την συνολική κατανάλωση ισχύος του επεξεργαστή. Επιπλέον με έμπνευση από την βιβλιογραφία, υλοποιήθηκε ένα απλό νευρωνικό δίκτυο που με είσοδο τις κανονικοποιημένες τιμές των μετρητών επίδοσης, προβλέπει το μέσο ρεύμα κατανάλωσης με μεγάλη ακρίβεια. | el |
| heal.abstract | Power-consumption in integrated circuits is a first-class research problem and a major evaluation metric. The uncontrolled consumption of power and its consequent temperature increase of an integrated circuit, raises a large spectrum of reliability and safety problems: from the reduction of the expected lifetime of the circuit and the reduction in performance, up to its destruction. Increasing manufacturing costs, most processors add embedded sensors that continuously measure power and the temperature so that, if certain limits are exceeded, they can limit the execution rate, or in extreme cases shut the system down to protect its integrity. However, modern processors also implement hardware performance counters, which count events related to their operation such as execution cycles, instruction fetches, etc. This thesis studies the correlation of the growth rate of embedded performance counters with power consumption in order to detect when the power consumption is exceeding safe limits. The ultimate goal is to eliminate sensors from low-cost processors without compromising their safety and reliability. For the purposes of this work, a simple, RISC-V processor was adopted and suitably modified to provide additional performance counters. In order to cause high power consumption on the processor, special stress-test programs known as power viruses are required. As such programs are not available for RISC-V, a genetic algorithm-based software framework, which is originally focused on ARM and x86 architectures, was adapted to produce thermal viruses for RISC-V. Initially the development and experimentation was done by simulation. The processor is simulated at the behavioral level to extract the performance counter values and at then a second functional-level simulation is performed to record the switching activity. This switching activity is then used to generate a detailed report of power consumption. Because this process was too time-consuming, the experimentation was transferred to real-time measurements using an FPGA board. A serial communications circuit (UART) was added to the implementation of the processor in the FPGA as well as an analog to digital converter (ADC) which measures the current at the processor’s power source. So a computer is connected to the FPGA board, transmits the program to be executed and, at the end of the execution, receives the performance counters and the average current consumption through the serial port. The analysis of the measurements showed that some of the performance counters have a high correlation with the overall processor power consumption. In addition, inspired by the bibliography, a simple neural network was implemented. Taking as input the normalized values of the performance counters, it predicts the average consumption current with great accuracy. | en |
| heal.advisorName | Ευθυμίου, Αριστείδης | el |
| heal.committeeMemberName | Ευθυμίου, Αριστείδης | el |
| heal.committeeMemberName | Τσιατούχας, Γεώργιος | el |
| heal.committeeMemberName | Τενέντες, Βασίλειος | el |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | - |
| heal.numberOfPages | 59 σ. | - |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters) - ΜΗΥΠ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Μ.Ε. ΚΥΜΠΑΡΙΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ 2022.pdf | 1.93 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License
