面向能耗和热分布的片上网络多目标优化映射算法研究.pdf

代号10701学号1022121428分类号TP301.6密级公开题（中、英文）目面向能耗和热分布的片上网络多目标优化映射算法研究ResearchonMulti-objectiveOptimizationMappingAlgorithmsofEnergyandThermalAwareNoC作者姓名李斌指导教师姓名、职务臧明相副教授学科门类工学学科、专业计算机应用技术提交论文日期二○一三年三月西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：______________日期：________________西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要目前NoC映射算法的研究主要集中于通信能耗这一单目标优化，为追求较低的通信能耗，通常将彼此通信量较大的IP核聚集在较临近区域，由于IP核的散热以及热传递效应，必然会导致局部温度过高。因此，研究包括通信能耗、热分布在内的多个性能综合优化的映射算法是十分必要的。本文将通信能耗和热分布同时作为NoC映射的优化目标。通过研究NoC链路和路由节点的能耗以及热传递效应对节点温度的影响，提出了一种网络热均衡评估模型，为实现片上热均衡分布提供了评价依据。建立了基于Pareto最优的NoC多目标优化映射模型，通过支配关系评价映射方案的优劣，避免了传统的加权模型和分层序列模型覆盖不到最优前沿的问题。提出了一种基于Pareto最优的多目标优化映射算法（PMOM），算法在NSGA-II算法的基础上通过修改其精英保留策略，防止算法局部收敛并使最优解的分布更均匀；采用插入定位方式对映射编码，避免了映射问题中对遗传操作的特殊控制，进而简化了操作步骤。通过对MPEG-4和VOPD两种实际应用以及三种由TGFF生成的随机应用的仿真，验证了热均衡评估模型的正确性以及PMOM算法的有效性。与基于NSGA的映射算法相比，PMOM所得结果在解的分布性上更具有优势，而且时间复杂度更低。PMOM算法中采用的热均衡评估函数考虑了热传递效应，相比ABC和AS映射算法，具有更好的热均衡优化性能。PMOM算法能够很容易地扩展到NoC其它性能指标如芯片面积、延时、QoS等的优化中，针对更多性能指标优化的研究仍将是后续工作的重点。关键词：片上网络映射多目标优化热分布能耗ParetoAbstractNoCmappingalgorithmatpresentisprimarilyfocusedonthesingle-objectiveoptimizationofcommunicationenergyconsumption,forthispurpose,IPcoresthathavelargecommunicationtrafficwitheachotherareusuallygatheredinthemoreimmediatearea,itinevitablyleadtotoohighlocaltemperature,duetoheatdissipationofIPcoreandheattransfereffect.Therefore,itisessentialtoresearchmulti-objectivemappingalgorithm,whichcomprehensivelyoptimizeenergyconsumption,heatdistribution,andotherNoCperformance.ThispapertakesbothenergyconsumptionandthermalbalanceastheNoCmappingoptimizationtarget.Byanalyzinginfluenceofenergyconsumptionandheattransfereffe