《软件能耗优化技术研究进展》读书报告——赵鑫欢

《软件能耗优化技术研究进展》读书报告

11级  赵鑫欢

本周我主要研读了《软件能耗优化技术研究发展一文》，通过阅读及粗略的研究，我大概了解了设计高性能低耗能系统的技术策略及目前存在的问题。其中主要涉及大一些概念性的东西，但具体的细微的知识还有待进一步扩展。

设计高性能低能耗的系统要从硬件和软件设计两个方面考虑，本文主要介绍了利用软件技术降低系统能耗的问题，主要探讨了系统开发阶段的低能耗软件优化与评估技术，并把软件低能耗技术划分为能耗优化与能耗评估。

1. 软件低能耗的特点：系统性；抽象性；灵活性；互补性。

2. 低能耗软件优化技术可分为三个方向：

ü 指令级优化：主要在编译层面展开。如代码优化、代码调度、寄存器选择等。低能耗编译优化关注软件的基本构成元素是‘指令’，可以通过优化指令序列、降低处理器和访存能耗、减少指令执行时间、降低硬件功耗的等方面来降低系统能耗。

ü 软件算法优化：在针对多任务并发嵌入式操作系统中，可以通过选用低能耗的任务间通信放系或改进虚拟内存管理策略来降低系统耗能。

ü 软件体系结构优化：软件体系结构问构造软件系统的结构、行为和关键属性提供了设计模型和知道，是满足软件质量需求的重要因素。软件体系结构风格决定软件中各组成部分的相互关系，评估不同软件体系结构风格对系统能耗的影响是软件体系结构风格优化软件能耗首要解决的问题。

3.   低能耗编译方法：性能优化方法、降低硬件功耗

4.   性能优化方法：减少指令执行时间、删除冗余操作指令、代码变换等。

5. 　面临的问题：

ü 在满足系统功能和性能约束的前提下，如何设置硬件单元在低功耗状态下工作，达到降低系统能耗的目的。

ü 评估软件如何影响系统能耗。

ü 如何在满足系统功能和性能约束的前提下优化软件，达到降低系统低能耗的目的。

ü 总和优化软件内存管理和存储体系结构设计来降低系统能耗是一个有待深入研究的问题。

6.    降低硬件功耗方法：降低处理器（采用低功耗指令代替高功耗指令、调节调度算法降低峰值功耗、调节指令执行占用的部件级编译制导的动态电压或频率调节等）、存储系统的动态功耗和静态功耗（减少对Cache和存储器的访问、改进寄存器文件分配算法、减少寄存器译码和指令总线信号翻转、优化数据和指令预取方法）。  

7. 　软件能耗评估：实测方法和基于能耗模型的方法。

8. 　基于能耗模型的方法：

ü 主要面临的问题：软件能耗的估算，建立高校准确的软件能耗模型是其核心问题。

ü 范围：处理器能耗、内存、外围部件以及全系评估。

ü 分类：基于指令级模型、就体系结构级模型以及更高的抽象层次、脱离硬件能耗模型的宏模型。

1)    面向处理器的软件能耗估算：是建程序在微处理器上执行积其访存操作的能耗模型。

l    基于指令级模型的能耗估算：把一个程序的能耗看作是该程序所有指令能耗之和。易于应用指令级模拟器中，关键问题是简历相应体系结构指令集对应的指令能耗数据库。

l    基于处理器体系结构的能耗估算：准确度高，但模拟速度慢，模拟大型复杂程序是较为突出。处理器单元分为：陈列结构、内容—地址全关联内存、组合逻辑和线路、时钟。

l 基于宏模型的能耗估算：速度快、便于利用高层软件特征来评估和优化系统能耗。面临的主要问题是找到适当的特征参数和软件能耗优化策略，不再依赖硬件能耗模拟或者物理测量。宏模型可分为：基于软件特征的宏模型和计入系统运行参数的宏模型。宏模型参数：算法复杂度、软件执行时间。函数性能分析结果。System　Ｃ的工操作以及消息传送量等、

2)    面向全系统的软件能耗估算：低能耗技术研究的目标是见底整个计算机系统的能耗，而处理器能耗只能占整个系统能耗的一部分，其他Ｉ／Ｏ部件个控制器则对整个系统能耗有着显著影响。

９.　问题：

? 　‘能耗约束下的过客并行编译优化’的概念不太清楚。

? 　　文中摘要所说的‘性能和能耗的最佳权衡’，在性能和能耗之间该如何权衡？是否有一个具体的标准？