Παρακολούθηση και δυναμική τροποποίηση συχνότητας, κατανάλωσης ενέργειας και θερμοκρασίας, δικτύου διασύνδεσης ενσωματωμένων συστημάτων σε πραγματικό χρόνο.

Abstract

Το πυρίτιο έχει πλέον φτάσει στα όρια του με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η αύξηση της συχνότητας χρονισμού ενός επεξεργαστή. Έχουμε έρθει σε ένα σημείο όπου τέτοιες αυξήσεις επιφέρουν μεγάλο κόστος στην κατανάλωση ενέργειας, δημιουργούν προβλήματα έκλυσης θερμότητας, αλλά μπορούν ακόμα και να επηρεάσουν τη σταθερότητα ενός συστήματος. Η αύξηση της επεξεργαστικής ισχύς μπορεί πλέον να επιτευχθεί κυρίως με δύο τρόπους. 1. Τροποποίηση και βελτίωση της υπάρχουσας αρχιτεκτονικής. 2. Αύξηση των πυρήνων επεξεργασίας (υλισμικό/hardware) και/ήπαραλληλοποίηση των εφαρμογών (λογισμικό/software). Ο πρώτος τρόπος απαιτεί μεγάλο κόστος σε χρόνο και ερεύνα, έτσι διαπιστώνουμε μια τάση για περισσότερους πυρήνες σε ένα σύστημα με σκοπό την ταχύτερη επεξεργασία ή ακόμα και τοδιαχωρισμό επεξεργαστών για διαφορετικές λειτουργίες (επεξεργασία δεδομένων, αποκωδικοποίηση βίντεο/μουσικής, 3D accelerationκλπ). Άλλο ένα θέμα είναι η κατανάλωση ενέργειας. Σε μια περίοδο όπου παράγονται χιλιάδες κινητά ενσωματωμένα συστήματα, ο καταναλωτής επιζητά συσκευές με μεγαλύτερη ενεργειακή αυτονομία. Έτσι, παρουσιάζεται το πρόβλημα όπου ταυτόχρονα υπάρχει η ανάγκη για γρήγορες, αλλά συνάμα ενεργειακά αποδοτικές συσκευές. Η πτυχιακή αυτή εργασία περιλαμβάνει την υλοποίηση ενός δικτύου παράλληλης επεξεργασίας από ενσωματωμένα συστήματα βασισμένα στην πλατφόρμα ανάπτυξης ML405 της Xilinx με Virtex-4 FPGA. Σκοπός είναι να παρακολουθούμε τους επιμέρους κόμβους για διάφορα στοιχεία όπως, κατανάλωση ενέργειας, θερμοκρασία και συχνότητα χρονισμού. Με τα δεδομένα αυτά θα πρέπει δυναμικά να μπορούμε να τροποποιήσουμε τη συχνότητα χρονισμού ενός κόμβου και να μεταφέρουμε το φόρτο εργασίας σε έναν άλλο, έτσι ώστε να περιορίσουμε την αύξηση της θερμοκρασίας αλλά και της ενέργειας που καταναλώνεται.

Nowadays, silicon has reached its limits so it is not possible to increase the clock frequency of a processor. We have come to a point where such increases result in energy consumption inefficiencies, create thermal problems, but may even affect the stability of the whole system. Currently, increasing the computing powercan be achieved mainly with two ways. 1. Modification and optimization of the existing system architecture. 2. Increase the number of core processors (hardware) and/or parallelization of applications (software). The first method requires high cost in time and research, so we see a trend towards more cores in a system for faster processing, or even separate processors for different functions (data processing, decoding video/music, 3D acceleration etc.) Another issue is power consumption. At a time when thousands of mobile embedded systems are produced, consumers seek products with greater energy independence. This presents a problem where there is a need for fast, yet energy efficient appliances. This thesisimplements a parallel processing network of embedded systems, based on the Xilinx ML405 developmentboard equipped with a Virtex-4 FPGA. The purpose is to monitor individual nodes for various attributes, such as energy consumption, temperature and clock frequency and dynamically alter the frequency of connected nodes in order to reduce the core temperature and total energy consumption.