一種面向多媒體SOC的微狀態低功耗設計方法
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2 系統實現
在多媒體SOC中，為了保證服務質量，系統的設計目標必須是面向最高負載情況。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經常處于不活動或者低負載狀態，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等低功耗設計技術提供更有力的支持，IP供應商對同一IP核也提供了豐富配置以滿足不同應用需求，同時Foundry也提供了更豐富的標準單元庫以及工藝。在進行低功耗多媒體SOC設計的過程中，設計者所要做的就是充分利用這些技術優勢，盡可能地去開發可利用的低功耗設計空間。
圖3給出了一個多媒體SOC目標系統的基本架構圖，該系統和當前多媒體SOC系統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(如負載預測)，可以采用硬件加速的方式實現。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。在設計過程中，先將構成系統的各個IP核按其配置和對應的性能，同時結合多媒體SOC的應用需求，組合成一系列的微狀態，然后將這些狀態構成一個查找表，存儲于功率控制模塊。系統在運行過程中，控制模塊會根據當前負載情況，實時調整整個系統的運行狀態，通過配置寄存器的方式，讓系統在各個不同微狀態之間切換，從而盡量使負載能均勻分布于整個運行過程中，達到降低功耗的目的。在功率控制模塊的核心算法中，本文采用了反饋控制和負載預測相結合的方式，以此來彌補彼此的不足之處。對于負載預測而言，預測模型的準確性直接關系到多媒體的服務質量。研究表明，多媒體視頻幀長的統計特征表現出了很強的長相關性(longterm dependency，IRD)，而多媒體SOC的系統負載又和幀長有著直接關系，所以在功率控制模塊中，采用F-ARIMA模型來進行負載預測。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，從而能比較準確地進行多媒體視頻應用的負載預測。而對于反饋控制機制，本文采用了跟視頻服務質量密切相關的最后期限缺失率(DMR)作為反饋標準。具體方法是：首先系統運行于缺省狀態，通常是性能相應功耗都最高的狀態。然后系統根據性能檢測模塊，并從預測模型庫中選擇預測模型對負載進行預測，然后根據預測結果實時調整當前系統的微狀態。當系統性能檢測模塊監測到DMR高于某一預先設定的門限，則系統反饋控制模塊負責調整預測模型的參數或者徹底更新預測模型，直至DMR值低于預先設定的門限值。
3 結論
本文針對移動多媒體SOC設計中的功耗問題，提出了一種系統級低功耗設計方法。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系統細分為不同的微狀態。同時結合傳統的DVS以及DPM思想，利用反饋控制和負載預測相結合的方式，實時調整系統運行過程中的微狀態，從而在保證多媒體服務質量的基礎上，讓系統負載盡可能均勻分布于整個運行期間，達到降低功耗的目的。通過系統級的仿真和評估，該算法相對傳統方法而言，進一步有效地降低了系統功耗，平均約能降低40%左右。同時，由于該方法采用了與服務質量直接相關的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。 光電開關相關文章:光電開關原理
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