Adaptation dynamique de la puissance des syst

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• Adaptation dynamique de la puissance des systèmes
  embarqués
• Les systèmes asynchrones surclassent les systèmes
  synchrones
• Mohammed Es Salhiene, Laurent Fesquet et Marc
  Renaudin

2
Plan

• Motivations contribution
• Gestion de l'énergie au niveau système
  d'exploitation
• Mise en veille
• Adaptation dynamique de la tension
  d'alimentation.
• Système asynchrone
• Algorithmes d'adaptation dynamique de la tension
• Cas des tâches sporadiques
• Cas des tâches périodiques
• Résultats de simulation des stratégies adoptées.
• Comparaison synchrone - asynchrone
• Conclusion

3
Motivations

• Développement de l'informatique mobileet le des
  systèmes portables
• Augmentation du nombre de fonctionnalités et de
  puissance de traitement de ces systèmesgthausse
  de leur consommation
• Progrès insuffisant des technologies de batteries
  
• Nécessité de minimiser la consommationdénergie
  (autonomie, fiabilité, poids, prix)
• Solution
• Système asynchrone adaptation dynamique de la
  tension

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Contribution

• Nouvelle méthode de réduction de la
  consommationcombinant des processeurs
  asynchrones et des algorithmes d'adaptation
  dynamique de la tension d'alimentation

• Exploitation de la capacité des processeurs
  asynchrones à rester fonctionnels lorsque la
  tension dalimentation varie
• (adaptent leur vitesse de traitement à la
  tension)
• Le système dexploitation adapte dynamiquement la
  tension dalimentation, et donc la puissance de
  calcul du processeur, aux besoins des
  applications afin de minimiser la consommation.

5
Plan

• Motivations contribution
• Gestion de l'énergie au niveau système
  d'exploitation
• Mise en veille
• Adaptation dynamique de la tension
  d'alimentation.
• Système asynchrone
• Algorithmes d'adaptation dynamique de la tension
• Cas des tâches sporadiques
• Cas des tâches périodiques
• Résultats de simulation des stratégies adoptées.
• Comparaison synchrone - asynchrones
• Conclusion

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Gestion de l'énergie au niveau SE

• Collaboration entre le matériel, les applications
  et le système d'exploitation constituant le
  système
• Le système dexploitation gère la consommation
  d'énergie par
• des mises en veille
• Ladaptation de la tension d'alimentation de tout
  ou partie du système (exemple le processeur)

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Adaptation dynamique de la tension

• Le fonctionnement d'un processeur comporte des
  périodes d'inactivité consommation inutile de
  l'énergie

ai activation ei échéance
idle
idle
idle

• Réduire la vitesse du processeur et le mettre en
  veille pour économiser de lénergie

EVARIABLE C VDDV2 lt EFIXE C VDDF2
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Adaptation dynamique de la tension
E C VDD2

• Ladaptation dynamique de la tension nécessite
• Un processeur capable d'ajuster à la demande sa
  tension et sa fréquence (donc sa vitesse de
  fonctionnement et sa consommation)
• Des algorithmes d'adaptation dynamique des
  paramètres tension et fréquence prévoient la
  quantité de traitement à effectuer en se basant
  sur le fonctionnement passé du processeur et
  déterminent quelle doit être le couple
  (fréquence, tension)

9
Plan

• Motivations contribution
• Gestion de l'énergie au niveau système
  d'exploitation
• Mise en veille
• Adaptation dynamique de la tension
  d'alimentation.
• Systèmes asynchrones
• Algorithmes d'adaptation dynamique de la tension
• Cas des tâches sporadiques
• Cas des tâches périodiques
• Résultats de simulation des stratégies adoptées.
• Comparaison synchrone - asynchrones
• Conclusion

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Systèmes asynchrones en quelques caractéristiques

• Absence de lHorloge
• Horloge globale remplacée par des protocoles
  Requête/Acquittement
• Faible consommation
• Mode veille par défaut
• Consommation limitée aux seuls blocs en activité
• Mise en veille et réactivation immédiate
• des ressources de traitement

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Systèmes asynchrones en quelques caractéristiques

• Robustesse vis-à-vis des conditions de
  fonctionnement
• Processeur opérationnel de 17 Mips (0.8V) à 140
  Mips (2.5V)
• Adaptation de la vitesse du traitement par simple
  variation de la tension dalimentation (PLL)
• Faible bruit
• Consommation en courant
• répartie dans le temps
• Pas de pic de courant

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Plan

• Motivations contribution
• Gestion de l'énergie au niveau système
  d'exploitation
• Mise en veille
• Adaptation dynamique de la tension
  d'alimentation.
• Système asynchrone
• Algorithmes d'adaptation dynamique de la tension
• Cas des tâches sporadiques
• Cas des tâches périodiques
• Résultats de simulation des stratégies adoptées.
• Comparaison synchrone - asynchrones
• Conclusion

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Algorithmes d'adaptation dynamique de la tension

• Algorithmes basés sur l'ordonnancement Earliest
  Deadline First (EDF)
• (Peuvent fonctionner avec tout autre politique
  d'ordonnancement par priorité)
• Tâches ordonnancées selon leurs échéances et un
  calcul supplémentaire est effectué pour
  déterminer la tension et donc la vitesse du
  processeur nécessaire pour leurs exécutions.

Activation
échéance
Di
tdi t Di
NIi
t
tdi
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Cas des tâches sporadiques

• Paramètres temps courant t et la nouvelle tâche
  sporadique ti
• 1. Insérer ti dans la file dattente Q ordonnée
  selon EDF
• 2. Répéter
• - Pour chaque tâche l de la file
  dattente calculer Sl
• - Mettre la vitesse du processeur S à
  max Sl
• - Exécuter à la vitesse S la tâche
  prioritaire puis la retirer de la file selle
  est finie
• tant que la fille est pleine

NIi nombre d'instructions de tl restant à
exécuter tdi échéance de ti Pi priorité de ti
selon la politique EDF EDF
Earliest-Deadline- First
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Cas des tâches sporadiques
Tâches NIj Dj Date d'activation
t1 1 106 2 0
t2 0.5 106 4 1
t3 0.2 106 3 2
16
Cas des tâches sporadiques
Bilan énergétique
Sans mise en veille PMAX
Avec mise en veille 42 PMAX
Adaptation dynamique de la tension 14 PMAX
Avec ladaptation dynamique de la tension
réduction dun facteur 3 par rapport à la mise
en veille réduction dun facteur 7 sans la mise
en veille
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Cas des tâches périodiques

• Paramètres temps courant t et n tâches
  périodiques prêtes ordonnancées
  selon EDF
• Initialiser la vitesse S
• Lorsquune nouvelle tâche ti est créée
• Insérer ti dans la file dattente Q ordonnée
  selon EDF
• Réévaluer la vitesse S
• Lorsquune tâche ti est supprimée
• Réévaluer la vitesse S

NIi nombre d'instructions de tl restant à
exécuter tdi échéance de ti EDF
Earliest-Deadline- First
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Cas des tâches périodiques
Tâches NIj Dj Tj Date d'activation
t1 0.25 106 2 0
t2 1 106 5 0
t3 0.5 106 3 4
Exécution de 3 tâches périodiques sans adaptation
de la vitesse
Exécution des 3 tâches périodiques avec
adaptation de la vitesse
3.b Exécution des 3 tâches périodiques avec
adaptation de la vitesse.
19
Plan

• Motivations contribution
• Gestion de l'énergie au niveau système
  d'exploitation
• Mise en veille
• Adaptation dynamique de la tension
  d'alimentation.
• Système asynchrone
• Algorithmes d'adaptation dynamique de la tension
• Cas des tâches sporadiques
• Cas des tâches périodiques
• Résultats de simulation des stratégies adoptées.
• Comparaison synchrone - asynchrone
• Conclusion

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Asynchrone vs synchrone performances des
processeurs synchrones

• StrongARM-1100
• 59MHz - 0.79V et 251MHz - 1.65V
• Un changement de fréquence prend 140µs
• Un changement de tension prend 40µs
• Mise en veille 90µs - Réveil 160 ms
• lpARM (ARM8 Berkeley)
• 6Mips, 5MHz - 1.2V et 85Mips, 80MHz - 3.8V
• Un changement de fréquence de 5MHz à 80MHz prend
  environ 70µs
• Veille (idle) 0.8mW
• Transmeta Crusoe
• 300MHz - 1.2V à 600 MHZ - 1.6V
• Un changement de fréquence de fmin à fmax prend
  300 µs
• pas de 33 MHz, 25 mV

21
Asynchrone vs synchrone mise en veille
22
Asynchrone vs synchrone adaptation de la
vitesse
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Plan

• Motivations contribution
• Gestion de l'énergie au niveau système
  d'exploitation
• Mise en veille
• Adaptation dynamique de la tension
  d'alimentation.
• Système asynchrone
• Algorithmes d'adaptation dynamique de la tension
• Cas des tâches sporadiques
• Cas des tâches périodiques
• Résultats de simulation des stratégies adoptées.
• Comparaison synchrone - asynchrones
• Conclusion

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Conclusion

• Ladaptation dynamique de la tension permet de
  réduire efficacement la consommation dénergie
  dun système embarqué
• La combinaison processeur asynchrone
  adaptation dynamique de la tension est dune
  mise en œuvre plus aisée que celle avec un
  processeur synchrone
• Les algorithmes proposés permettent une réduction
  dun facteur de 7 de la consommation dun système
  dont lactivité est sporadique
• Limplémentation matérielle en technologie
  asynchrone réduit le coût de mise en œuvre de
  ladaptation dynamique de la tension