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        處理器全方位能耗測量的實現

        作者: 時間:2013-10-14 來源:網絡 收藏


        2. 一致性:

        因為我們可以根據需要多次重復測試和任意提高采樣頻率,所以會進行多次采樣,直到可以通過精確的統計數據得到平均功耗。如果每次重復的值偏差太大,則可以通過提高采樣頻率以增加精確性并降低偏差。

        3. 可重復性:

        測量過程重復多次以保證測量準確性,并計算最終結果的標準偏差。還可以很容易得到任何的檢測偏差,因為每次運行每個基準都產生基準每次重復的平均耗電量。當然,如果假定供應商提供的目標器件是具有普遍性的,那么對該器件進行測試而得到結果就認為是可信的。同時EEMB一直都有非常嚴格的認證程序,以保證所選中的被測芯片具有代表性。
        基于同樣的原因,針對生產制造過程中出現任何細小偏差的潛在可能性,所有半導體制造商都應該事先有所考慮,而面向眾多潛在應用的測試,恰恰可以幫助制造商深入了解如何選擇測試芯片和測試,因為這些都會最終影響功耗測試結果。

        在某個基準運行完多次重復測試,并捕獲所有測量采樣數據后,分析模塊會根據這些數據計算出進行該基準測試的平均功耗。根據平均功耗值,EEMBC功率分析模塊通過分析每次測試捕獲的樣本,尋找數據樣本中的最小值和最大值。

        如果特定采樣頻率的變動太大,用戶可提高頻率和/或基準重復次數,直至上述采樣數據足夠穩定,這樣平均值的置信區間在落在指定公差(95%)范圍內,從而保證所得數據的準確性。

        測試的最終結果是芯片在運行某個基準測試時的平均功耗值。

        EEMBC 認證的 EnergymarkTM測試結果作為一個可選參數,芯片制造商可選擇將它與芯片性能參數一起提供給客戶,作為表明處理器電量消耗的參考。

        EnergyBench規范規定器件的準備時間至少30分鐘,環境溫度為70°F+/-5°F。

        這些基本條件對于確保結果的一致性非常重要。因為有證據表明隨著器件溫度的升高,其功耗也會隨之升高。
        DAQ卡允許且EnergyBench規范也要求測量處理器上的所有power rail。顯然地,對于那些引腳數量有限的低端A R M b a s e d器件而言,能測量的power rail很少。具有多電源輸入的高端ARM based器件則必須進行多次運行基準,以便捕獲完整的處理器功耗數據。EnergyBench的Test Harness中包括多個可執行文件,可同時測量一個、兩個或三個power rail。對于使用多個power rail(即內核電源和I/O電源)實現的處理器,可通過兩種方法計算基準每次重復測試的功耗。在第一種方法中,EnergyBench使用DAQ卡最多可同時測量三個p owerrail。但使用此方法時,因為所有通道都必須使用相同的采樣率,所以可能需要降低D A Q卡的采樣率,以便主機能夠跟得上采樣過程(這是因為同時輸入數據過多)。另外,也可以單獨測量power rail,每個power rail功耗值的總和即為累積功耗總值。

        究竟選用哪種方法呢?

        首先,有些處理器的power rail數量超過三個。即使同時測量了三個power rail,但仍然有必要對某個power rail進行單獨測量,或考慮在更多輸入通道上使用DAQ卡。

        此外,采樣頻率應該與處理器的操作頻率成比例,以確保每個基準在重復測試時采樣到數據足夠充足。為了容納G H z級處理器,可能需要較高的采樣率,以便主機一次只測試一個power rail。

        為深入了解該方法,我們考慮到許多替代方案。如指定功耗測量時的連接溫度以及使用高頻示波器和高可控測試環境。但是,由于我們并非為了描述芯片特征本身,而是為了確定典型功耗,所以我們決定使用可用硬件和控制環境溫度,而不是連接或某個案例的溫度。另一個問題是功耗測量需要面向從低至5MHz微控制器到高至當今市場上速度最快的處理器等目標器件。因此還必需考慮能夠在多處重復該測量而不是在某種特定環境下,并對結果進行獨立驗證。使用可編程DAQ,我們可以輕松指定參數(如采樣頻率),然后永久保留捕獲的所有數據。

        總之,當前的典型功耗的電流圖并不依賴于標準過程、標準集或工作負載。

        EnergyBench提供若干工具,這些工具可容易低與經濟實用的硬件結合使用,以便使用E EM B C開發的標準方法測量典型功耗。


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