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Theses

La loi de convexité énergie-fréquence de la consommation des programmes : modélisation, thermosensibilité et applications

Abstract : Cette thèse s’intéresse à la consommation énergétique d’un système embarqué durant l’execution d’un programme. Une preuve théorique est présentée dans cette thèse et expérimentale de l’existence d’une loi de convexité énergie-fréquence de la consommation des programmes, qui concerne la consommation d’énergie et la fréquence des microprocesseurs à l’échelle nanométrique. Des noyaux de calcul intensif spécifiques ont été exécutés sur des processeurs d’applications typiques, à l’échelle nanométrique, et leurs caractéristiques mesurées en utilisant des capteurs de puissance à haute résolution. Les données recueillies lors de nombreuses campagnes d’acquisition de données longues de plusieurs semaines chacune suggèrent que la consommation est fortement corrélée avec la fréquence du microprocesseur et, ce qui est extrêmement intéressant, que la courbe présente un minimum clair sur la gamme de fréquences utilisables sur les processeurs. Un modèle analytique de ce comportement est fourni et motivé; il cadre particulièrement bien avec les données. Les circonstances dans lesquelles cette règle de convexité peut être exploitée sont discutées, en particulier dans le but d’améliorer l’efficacité énergétique du microprocesseur. La loi de convexité énergie-fréquence de la consommation des programmes est potentiellement plus exploitable par les systèmes de faible puissance, tels que les systèmes embarqués et alimentés par piles ou batteries, et moins susceptible de l’être par les systèmes informatiques de haute performance. La loi de convexité énergiefréequence de la consommation des programmes est également appliquée aux systèmes multi-coeurs, à la loi d’Amdahl et aux systèmes informatiques hétérogènes. Etant donné que la consommation d’énergie du microprocesseur dépend de sa température, une relation température/puissance au niveau macro pour les processeurs d’application est également introduite et validée expérimentalement dans cette thèse. En adoptant une vision holistique, ce modèle est capable de prendre en compte de nombreux effets physiques qui se produisent dans de tels systèmes. Via des mesures sur deux platesformes pertinentes comportant des processeurs d’applications à l’échelle nanométrique, il est montré que la relation puissance/température se comporte de manière exponentielle entre 20C et 85C. Les données suggèrent de plus que, pour une plage de températures comprise entre 20C et 55C, un modèle quadratique est toujours suffisamment précis et qu’une approximation linéaire est même acceptable. Des modèles de transformation d’énergie visant à annuler les biais liés à la température dans les mesures de puissance sont également présentés. Ces modèles de transformation ont été mis au point afin d’augmenter la précision et la pertinence des traces de mesure de puissance. Outre les mesures statiques de puissance, les comportements transitoires en puissance et température sont également analysés à l’aide des lois de refroidissement et des modèles température/puissance. Il s’avère que des modèles de refroidissement exponentiels sont justifiés pour des microprocesseurs refroidis de manière active. Cependant, pour les processeurs refroidis passivement que l’on trouve fréquemment dans les systèmes embarqués, une loi exponentielle ne peut pas être justifiée théoriquement. En conséquence, la loi ex-acte de refroidissement pour un corps à refroidissement passif est analysée, sous condition de refroidissement radiatif et d’un niveau modeste de perte de chaleur par convection. Si l’on se concentre sur les microprocesseurs embarqués, il y a une différence de performance entre la nouvelle loi de refroidissement passif et celle, exponentielle, classiquement utilisée. On montre que, pour les grandes surfaces, le refroidissement par rayonnement peut être comparable à celui lié à la convection. Toutefois, pour les grandes surfaces de refroidissement de l’ordre de 1dm2 ou plus, les différences entre la loi de refroidissement passif et la loi exponentielle de refroidissement sont importantes. Ces résultats suggèrent donc que, en l’absence de mesures précises de la température, une loi exponentielle de refroidissement n’est suffisamment précise que pour les petits systèmes SoC ne nécessitant qu’une faible charge de traitement.
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https://hal-mines-paristech.archives-ouvertes.fr/tel-01258577
Contributor : Claire Medrala <>
Submitted on : Tuesday, January 19, 2016 - 11:56:14 AM
Last modification on : Tuesday, September 21, 2021 - 2:06:13 PM

Identifiers

  • HAL Id : tel-01258577, version 1

Citation

Karel de Vogeleer. La loi de convexité énergie-fréquence de la consommation des programmes : modélisation, thermosensibilité et applications. Informatique [cs]. Telecom ParisTech, 2015. Français. ⟨tel-01258577⟩

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