Tarihsel olarak, bir sistemin performansı ve güç tüketimi, tasarım sırasında yapılabilecekler tarafından kontrol ediliyordu, ancak günümüzde çipler çok daha uyumlu hale geliyor. Bu, son teknoloji düğümler için bir gereklilik haline geldi, ancak aynı zamanda daha fazla karmaşıklık ve doğrulama zorlukları pahasına birçok ek fayda sağlıyor.

Tasarım marjları, performans ve verim arasındaki dengedir. Kesinti marjları çok ince ve başarısızlık oranları yükseliyor. Marjları artırın ve nominal performans düşer. Bazı şirketler, ortalamadan daha hızlı performans gösterebilen cihazları ayırmak için gruplamayı kullandı, ancak termal ve eskime gibi sorunlar daha yaygın hale geldikçe, bu teknikler artık yeterli değil. Çipler, çalıştıkları ortama, maruz kaldıkları iş yüklerine ve maruz kaldıkları fiziksel bozulmaya uyarlanabilir hale gelmelidir.

Ar-Ge grup direktörü Tomer Morad, "Geleneksel olarak, voltaj ve frekans arasındaki ilişkiyi önceden kurarsınız" diyor. SynopsusGömülü Yazılım Geliştirme Grubu. "Pek çok çip alır ve onları test eder, başarısız oldukları noktayı bulur ve ardından V'yi bulurdunuz._dk belirli bir yüzdesinin geçtiği frekans ve sıcaklık başına.”

Tanımlanmış bir verim için bu kriterleri oluşturmak sorunlu olabilir. Ambiq'in CTO'su ve kurucusu Scott Hanson, "Çalışmak için doğru voltajı bilmek, özellikle voltaj eşiğe yakın veya hatta eşik altı bölgeye düştüğünde zor olabilir" diyor. "Bu düşük voltajlı bölgelerde, voltajdaki küçük bir değişiklik bile performansta büyük bir değişiklik anlamına gelebilir."

Ancak birbiriyle bağlantılı tek performans hedefleri bunlar değildir. Veloce Power Ürün Müdürü Amir Attarha, "Performans ve enerji verimliliği el ele gider" diyor. Siemens EDA. “İki değişkeniniz var, voltaj ve frekans. Voltaj düşürüldüğünde performans düşer, ancak enerji tüketimi daha fazla düşer. Bu, enerji verimliliği için voltaj ölçeklemesi yapmanızı sağlayan temel bir ilişkidir. Yüksek performansa ihtiyacım yoksa voltajımı düşürebilir ve yine de onu tamamlamak için yeterli performansa sahip olabilirim.”

Bu, her zaman mümkün olan en yüksek hızda koşmanız gerekmediği anlamına gelir ve bu, sonuçların ne zaman gerekli olduğu hakkında bilgi gerektirir.

Uyarlanabilir sistemler
Bugün, artan sayıda sensör çipe yerleştiriliyor ve bunlar bir dizi uyarlanabilir kontrol olanağı sunuyor.

Synopsys'ten Morad, "Bir tür sensör, yol marjı monitörüdür" diyor. "Kritik yollara koyuyorsunuz ve yol marjı monitörü size saat kenarına kadar ne kadar bolluğunuz olduğunu söyleyecek. Gevşekliği ölçme yeteneği ile V'nizi düşürme konusunda daha agresif olabilirsiniz._dk veya frekansınızı artırmak. Birdenbire, her bir çip kendi voltaj, sıcaklık ve frekans tablosuna sahip olabilir.”

Ancak daha yüksek bir F'de çalışan bir çip_maksimum daha fazla güç tüketir ve bu da cihazın termal profilini değiştirir. Synopsys'in çözüm mimarı Firooz Massoudi, "Proses köşelerini ölçmek için halka osilatörler gibi sentetik yolları dahil edebilirsiniz" diyor. “Maksimum frekans hız, işlem köşesi ve voltajdan etkilenir. Ancak sıcaklık, marjınızı da dolaylı olarak etkiler. Buna dayanarak, ne kadar hızlı koşabileceğinize veya aynı hızı korumak için voltajı azaltıp azaltamayacağınıza karar verebilirsiniz.”

Granülerlik
Daha fazla faktör dahil edildiğinde, kontrol stratejileri daha karmaşık hale gelir. Minimum karmaşıklık ve doğrulama maliyeti ile en iyi kontrolü hangi ayrıntı düzeyi sağlar? Kontrol mantığı donanımda mı uygulanmalı yoksa bazı yönler yazılım tarafından mı daha iyi kontrol ediliyor? Bu bile olasılıkların tamamı değildir. Yazılım kullanıldığında, işleme yerel olarak mı yoksa bulutta mı yapılıyor?

Parçacıklılığın en az iki boyutu vardır. Biri, ayrı ayrı kontrol edilebilen blokların ne kadar büyük olduğu. İkinci olarak, her blok içinde yapılabilecek voltaj ve frekans değişiklikleri ne kadar ince? Siemens'ten Attarha, "Buna hem zamansal hem de mekansal açılardan bakmalısınız" diyor. "Bir sistemin çalışma koşullarındaki değişikliklere ne kadar hızlı yanıt vermesi gerekir? Bir voltaj veya frekans ne kadar sürede ayarlanabilir? Bu zamansal yönüdür. Mekansal değerlendirme, kaç tane alanım olduğudur?

Ayrıca kontrolün kesinliğini de tanımlamanız gerekir. Synopsys'te sistem mimarlarından sorumlu başkan yardımcısı Piyush Sancheti, "10 voltaj seviyesine sahip tasarımlar var" diyor. "İşlemci için bir nominal voltajınız var, ancak nominalden çok daha yüksek veya daha düşük kesirler olan adım voltajlarında çalışan tanımlı etki alanları var. Belirli bir birimin çalıştırıldığı duruma bağlı olarak, o modül üzerinde çalışan yükün ciddiyetine veya yüküne bağlı olarak gerilimi yükseltebilir veya azaltabilirler."

Taneciklilik, blokların açılıp kapatılma hızını veya ayarlanan voltaj ve frekansı dolaylı olarak etkiler. Blok ne kadar büyük olursa, yanıt verme olasılıkları o kadar yavaş olur. Siemens EDA Kıdemli Baş Ürün Mühendisliği Müdürü Gabriel Chidolue, "Bir şeyleri hızlı bir şekilde açıp kapatmanız gerekiyorsa, muhtemelen parçaları daha küçük adalara ayırmanız gerekecek," diyor. "Bununla birleştiğinde, yazılıma göndermek de dahil olmak üzere çipin diğer bölümlerine çok fazla veri göndermeden muhtemelen bunu donanıma daha yakın yapmak istersiniz. Muhtemelen bu bilgileri alıp bu tür kararlar verebilen dağıtılmış bir güç denetleyicisine ihtiyacınız var."

Günümüzde bu teknikleri kullanan tasarımların çoğu, büyük işlemci tabanlı sistemler olma eğilimindedir. Attarha, "Ayrıntılılık kaba bir seviyede, yani birden çok çekirdeğe sahip bir sisteminiz varsa, çekirdeklerin her biri için çalışma koşulunu bağımsız olarak ayarlayabilirsiniz" diyor. "Ama değişim zaman alır. Planlamanız işletim sistemi aracılığıyla gerçekleşiyorsa, OS kuantumundan daha hızlı kararlar veremezsiniz. Ancak voltajı değiştirirken de dikkatli olmalısınız. Bunu yapmanın iki yolu var. Birincisi, cihazı rölantiye almak, ardından frekansı ve gerilimi istediğiniz yere getirip, sabitlenmesini bekleyin ve sonra kullanmaya başlayabilirsiniz. Diğer mod, ilerledikçe voltajı ve frekansı artırmaktır. Her birinin ödünleşimleri var.”

Aynı sonuçlara ulaşmak için birden fazla yol vardır. Ampere Computing'in ürünlerden sorumlu başkan yardımcısı Madhu Rangarajan, "Performanstan ödün vermeden hassas kontrol en iyi şekilde donanıma bırakılır" diyor. “Bu, özellikle heterojen platformlarla gelecekte yapılacak çok çalışmanın olacağı alandır. Kaba taneli güç yönetimi, ister çip entegrasyonu ister CPU'lar, DPU'lar ve XPU'lar içeren bir platform olsun, yazılımın özellikle heterojen bir platformda yönetebileceği bir şey olabilir, ancak bu, birçok kaba taneli güçle sonuçlanan gecikme sorununu çözmez. güç yönetimi teknikleri genellikle sunucularda devre dışı bırakılıyor.”

Bu teknikler bir sektör tarafından yönetilebilirken, ilgi yayılıyor. Ürün yönetimi direktörü Rob Knoth, "Hiper ölçekleyicileri tek bir şey motive ediyor - güç" diyor. Kadans Dijital ve İmza Grubu. "Bir veri merkezinin enerji ayak izi öylece saklayabileceğiniz bir şey değil. Bu çok net bir maliyettir - termal etki ve karbon ayak izi. Güçlü bir motivasyon var. Ama özellikle uç tabanlı zekaya sahip gömülü bir sistem gibi bir şeye bakarsanız, pil ömrü açısından çok farklı bir maliyeti vardır. Teknoloji, araçlar ve metodolojideki bu damlama, hiper ölçekli müşterilerin kullandığı aynı şeylerden yararlanabilecekleri anlamına gelir, ancak bunu çok daha küçük bir ayak izi ve çok daha ince taneli bir yöntemle yapıyorlar ve kendi hedeflerini gerçekleştiriyorlar. faydalar."

İnce taneli sistemlerin ek sistem sorunları vardır. Attarha, "Her biri birden çok frekansta çalışabilen küçük bloklarınız olduğunda, iletişim hakkında düşünmeniz gerekir" diyor. "Bu sistemler yerel senkron ve en azından kısmen global olarak asenkron olmalıdır. Sistemin farklı frekansları işleyebilen blokları arasındaki iletişim için kullanılan FIFO'lar için bir el sıkışma şeması olması gerekir. Saat alanlarınızın ve voltaj alanlarınızın ayrıntı düzeyine bağlıdır. O zaman tüm sistemin ne kadarını yönetebileceğini düşünmelisiniz.”

Bu çok sayıda faktöre bağlı olabilir. Sancheti, "Gerçek yenilik, yazılım donanımla birlikte tasarlanıp geliştirildiğinde ve tüm bu mekanizmalardan yararlanıldığında ortaya çıkacaktır" diyor. "Bu, karmaşıklık ve enerji verimliliği arasında bir değiş tokuş - hem donanım tasarımında hem de yazılımda karmaşıklık. Hiçbir şey bedava değildir.”

Kontrol döngüleri
Dikkate alınması gereken birçok kontrol döngüsü vardır. Bunların en sıkısı, yerel olarak yürütülen yazılım tarafından takip edilen donanım kontrol sistemleridir. Giderek artan bir şekilde veriler analiz için buluta gönderiliyor ve bu da kontrol stratejilerinde yazılım güncellemeleriyle sonuçlanabiliyor. Ancak en büyük kontrol döngüsü, gelecekteki ürünleri iyileştirmeye yardımcı olmak için veri analizini kullanan ürün geliştirme döngüleridir.

Ambiq'ten Hanson, "Sensörler tarafından yapılan zor iş, mümkün olduğunca perde arkasında yapılmalıdır" diyor. "Donanım sensörleriyseler, yazılıma karışmamaları için kapalı döngü olmaları gerekir. İzleme modülü kullanımı, bellek kullanımı, işlemci kullanımı vb. için kullanılan sensörler, çok fazla yapılandırma gerektirmeden kutudan çıkar çıkmaz çalışan sağlamlaştırılmış koda sarılmalıdır.”

En iyi yol bazen en az dirençli olandır. Ampere'den Rangarajan, "Saf donanım ve üretici yazılımı tabanlı güç yönetimi teknikleri, ekosistem için tüketmesi en kolay olanlardır" diyor. "Endüstrinin yıllar içinde, eski alanda bile, çok daha iyi durum geçiş gecikmeleri ve güç tasarrufları ile yazılım tarafından yönetilen güç durumlarından donanım tarafından yönetilen güç durumlarına nasıl geçtiğini görebilirsiniz. Donanım mimarisinin güç yönetiminde önemli yenilikler sunmaya devam etmesini bekliyoruz. Yarı iletken süreç güdümlü güç ölçeklendirmesinin yavaşlaması ile birlikte, burada inovasyonun birincil vektörü olarak mimari geliştirmeleri görmeyi bekleyebilirsiniz.”

Diğerleri çok daha büyük düşünüyor. Cadence'den Knoth, "Son Uluslararası Test Konferansında gördüğüm en büyük eğilimler, sistem düzeyinde test ve yongalarla heterojen entegrasyondu" diyor. "Her ikisinin de temelinde, silikonun içinde neler olup bittiğinin nasıl izleneceği ve bu verileri dışarı çıkarmak için hangi borunun kullanıldığı yatıyor. Daha sonra ürün üzerinde çalışan yazılımlar tarafından kullanılabilir veya bir bulut veri analitiği platformuna gönderilebilir. İster silikonda, ister pakette, kartta olsun, bu sistemin içinde meydana gelen termal etkileri doğru bir şekilde anlayabilmek ve bunu yazılıma dahil edebilmek çok aktif.”

Tasarım aşamasında düşünülebileceklerin bir sınırı vardır. Sancheti, "Gömülü sensörler saha içi operasyonu izleyebilir ve çipi gerçek dünyadaki iş yüküne göre düzenleyebilir" diyor. "Bugün, bu sensörler tamamen donanım alanında çalışıyor, ancak bu bilgiyi veya know-how'ı yazılıma getirebileceğiniz bir yön var. Çipi aygıt yazılımınız veya işletim sisteminiz aracılığıyla düzenliyorsanız, bu sensörler yazılımınıza işlem yapılabilir geri bildirim sağlayabilir. Bu, donanımdan yazılıma geri dönen başka bir döngüdür. Ancak bu sefer sadece tasarım perspektifinden değil, saha içi operasyon perspektifinden.”

Yazılım, kararların ertelenmesini sağlar. Sancheti, "Tasarımcılar buna giderek artan bir şekilde bir donanım-yazılım birlikte optimizasyon sorunu olarak bakıyor" diye ekliyor. "Bu, bölümleme ile başlar - yazılıma karşı donanıma hangi işlevler girebilir? Donanım, düşük gecikme süresi ve daha fazla güvenlikle gelir. Ancak diğer tarafı, yazılımla çok daha fazla yapılandırılabilirlik, daha fazla programlanabilirlik elde etmenizdir. Hatta güç yönetimini, bir yazılım yenilemesi olarak tasarımın bazı yönlerine göre ayarlayabilirsiniz.”

Birlikte geliştirme giderek daha önemli hale geliyor. Corellium'un ortaklıklardan sorumlu kıdemli başkan yardımcısı Bill Neifert, "Pek çok modern tasarım sorunu söz konusu olduğunda, güç kontrolü en iyi şekilde etkili bir donanım/yazılım ortak tasarımı yaklaşımıyla ele alınır" diyor. “Her iki tarafta da yapılabilecek ve genel sistemi etkileyecek temel tavizler var. Bu değiş tokuşları anlamanın en iyi yolu, donanım ve yazılımın birlikte tasarlandığı bir tasarım yaklaşımı kullanmaktır. Donanım bloklarını kapatmak, güç açısından mantıklı olabilir, ancak bu, performansı nasıl etkiler? Yazılım tarafından her kullanılabildiğinde bloğu tekrar açıyor muyuz yoksa işi tamamen yazılımda halletmenin mantıklı olabileceği kullanım durumları var mı?

Ekipler ayrılırsa, yazılımın donanım tarafından sağlanan tüm yetenekleri kullanmama tehlikesi vardır. Power Software Teknoloji Lideri Chris Redpath, "Bazı dinamik mekanizmalar yalnızca daha yüksek seviyeli işletim sistemi yazılımları için mevcut olan bağlamla mümkündür ve bazıları saf donanımda mümkündür" diyor. Silâh Merkez Mühendislik. "Donanım tabanlı güç kontrollerinin miktarını artırmayı (örneğin, saat geçidi, saat hızı kontrolü, mikro mimari boru hattı geçidi vb.) ve bu kontrolleri daha yüksek seviyeli yazılımlarda etkilemek için gereken politikaları ve bağlamı sağlamayı umuyoruz. Görev çizelgelemede gördüğümüz bir şey, neyin çalıştırılacağına dair bilginin, talebin sistemde görünür hale gelmesini beklemeden doğru çalışma noktasını seçmenize izin vermesidir. Güç kontrolü kararlarını etkilemek için yüksek düzeyde sistem talepleri bilgisini kullanmaya devam etmeyi umuyoruz.”

Donanımda her şey yapılamaz. Arm's Central Engineering'in baş yazılım mühendisi Morten Rasmussen, "Bir sistemin önemli parçalarını kapatmak genellikle mevcut kullanım durumu hakkında çok daha fazla bilgi gerektirir" diye ekliyor. "Donanım düzeyinde, çok az genel bağlam farkındalığına sahibiz, ancak ayrıntılı kontroller için hızlı kararlar alma yeteneğine sahibiz. İşletim sisteminde ve hatta uygulama düzeyinde bağlam farkındalığı yüksektir ancak zaman ölçekleri farklıdır. İdeal olarak, uygulama ve işletim sistemi düzeyinde mevcut olan bağlam bilgisi soyutlanır ve yazılım yığınından donanımı kontrol eden aygıt yazılımı katmanlarına aktarılır. Her katmanın, üst düzeylerdeki politikalar tarafından yönlendirilen bir dereceye kadar özerkliği vardır. Aynı zamanda, hangi parçaların bağımsız olarak DVFS tarafından kontrol edilebileceğini veya kapatılabileceğini sınırlayabilecek platforma özgü bağımlılıkların soyutlanması da arzu edilir.

Veriler buluta gönderilmeli mi? "Bütün bu verileri bir veri merkezine gönderip orada işleme yapmak, ham verileri göndermek, iletişim için ödeme yapmak, tüm işlemler için ödeme yapmak mantıklı mı?" Attarha'ya sorar. "Yoksa yerel olarak bazı işlemler yapmamız ve neler olduğunu anlamamız ve ardından sonuçları veri merkezlerine göndermemiz mantıklı mı? Bu gerçekten de çip tasarımcılarının ve sistem tasarımcılarının uğraştığı çok katmanlı bir problem.”

Bu dış kontrol döngüsü, ek yetenekler gerektirir ve saha uygulamalarına geçtiğinizde ek endişeler yaratır. Ne sıklıkla uyum sağlamanız gerekiyor? Ne tür ayarlamalar yapmanız gerekiyor? Ürün yazılımı ne kadar büyük? Bu sistem içi etki nedir? Bunlar, sistem tasarımı sırasında sorulması gereken soru türleridir. Ek olarak, yazılım hakkında sorular sorulmalıdır. Verilere bakmanın ve trendleri bulmanın ağır yük analizi, bulut tabanlı bir çözümle yapılmalı mı ve yazılımları uca kadar nasıl dağıtırsınız?

Veriler bulutta mevcutsa, onunla daha çok şey yapılabilir. Knoth, "Yarı iletken endüstrisini bir bütün olarak düşünürseniz, her nesil ürün üzerinden, masadaki mevcut verilerden yararlanma ve bunları gelecek nesilde daha iyi ürünler oluşturmak için kullanma konusunda daha akıllı hale geliyoruz" diye ekliyor. "Bugün, bu sistemleri nasıl tasarladığımız, doğruladığımız ve analiz ettiğimiz konusunda genel olarak daha akıllı bir sistem tabanlı yaklaşımımız var."

Ancak tek bir tekniğin her şeyi çözebileceğine inanmanın bir tehlikesi vardır. "Sensörler ve kontrol sistemleri sıcaklığı düzenleyebilir, ancak sorunu çözmez," diyor ürün pazarlama müdürü Marc Swinnen. Ansys. "Bununla ilgilenir, ancak daha yavaş bir çip alırsınız. Daha zarif bir yol, daha az kısma ile tasarım yapabilmeniz ve sabit performansta çalışabilmeniz için sıcaklığı daha iyi tahmin etmektir. Bunu yapmak için çok daha iyi analiz araçlarına ihtiyacınız var. Çoğu termal alet sistem düzeyindedir ve IC düzeyi için yeni tanıtılmaktadır. Bunu algoritmik olarak nasıl yapacağımızı biliyoruz, ancak araçlar ve metodolojiler yerinde değil.”

Şekil 1: Bir sistemdeki termal akışları anlama ve izleme. Kaynak: Ansys

Sonuç
Adaptif kontrol sistemlerinin gelecekte daha önemli hale geleceği açıktır. Sensörler artık her yerde bulunur hale geliyor ve çeşitli amaçlar için kullanılabilecek çok büyük miktarda veri üretiyorlar. Bugün, bu bilgilerin yalnızca küçük bir kısmı paketin sınırlarından kaçıyor, ancak endüstri bu verilerin gizli potansiyelini fark etti ve onu çok daha geniş bir bağlamda kullanmak istiyor.

Editörün notu: Bu tür sistemler, gelecekteki bir hikayede incelenecek olan ek tasarım ve doğrulama zorlukları yaratır.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://semiengineering.com/challenges-with-adaptive-control/