In recent years, the increase in functionality of Systems-on-Chip (SoC) have favored the explosion of the market of electronic appliances, especially of small mobile and wireless devices. The continuous development in the field of silicon technology led to an increase both in integration and clock frequency of electronics systems, raising both power density and energy dissipation of systems. As a result, power dissipation has become an important constraint in the design of complex or portable systems. Some design and technology issues related to power efficiency are becoming crucial, in particular for power optimized cell-libraries, clock-gating and clock-trees optimization, and dynamic power management. The first necessary step towards low-power design is the estimation of dissipated power/energy of the system under development. Recently, emphasis is moving towards estimation at system level when some good ideas on optimizing power dissipation can drive the choice between different architectures. Power analysis at system level is less accurate than at lower levels since the details of the real implementation of the functionality is not defined yet, but conversely the simulation time is much faster and the power saving opportunity with an optimization is much higher. This work proposes a new framework, called Powersim, that consists of a C++ library added to SystemC, in order to estimate the energy consumption of a system described at system level. Powersim can estimate the energy of a system, interacting with arithmetic operations, logical functions of the various modules constituting the system. Also, thanks to the fact that Powersim monitors operators, it is also able to provide a computational complexity estimate of the system.

Negli ultimi anni, l’aumento della funzionalità dei System-on-Chip (SoC) hanno favorito l’esplosione del mercato delle apparecchiature elettroniche, in particolare dei dispositivi mobile e wireless. Il continuo sviluppo nel campo della tecnologia del silicio ha portato a un aumento sia dell’integrazione che delle frequenze di clock dei sistemi elettronici, facendo aumentare sia la densità di potenza che la dissipazione di energia nei sistemi. Di conseguenza, la dissipazione di potenza è diventata un vincolo importante nella progettazione di sistemi complessi o portatili. Alcuni problemi di progettazione legati al risparmio energetico stanno quindi diventando fondamentali, in particolare l’ottimizzazione del consumo delle celle, la gestione e ottimizzazione del clock e la gestione dinamica della potenza. Il primo passo necessario per ottenere un design low-power è la stima della potenza dissipata del sistema in fase di sviluppo. Recentemente, l’accento si sta spostando verso stima a livello di sistema, dove alcune buone idee per ottimizzare la dissipazione di potenza possono guidare la scelta tra diverse architetture. L’analisi della potenza a livello di sistema è certamente meno accurata rispetto a quella effettuata ai livelli più bassi in quanto l’implementazione reale delle funzionalità del sistema non sono ancora state definite, tuttavia il tempo di simulazione è molto minore le possibilità di minimizzare il consumo sono sicuramente maggiori. In questo lavoro viene proposto un nuovo framework, chiamato Powersim, che consiste in una libreria di classi C++ aggiunta al SystemC, al fine di stimare il consumo energetico di un sistema descritto a livello di sistema. Il Powersim è in grado di stimare l’energia consumata da un sistema digitale, interagendo con le operazioni aritmetiche e logiche presenti nei vari moduli che costituiscono il sistema. Inoltre, grazie al fatto che il Powersim monitora gli operatori, è anche in grado di fornire una stima della complessità computazionale del sistema.

Stima del consumo di potenza a livello di sistema

Giammarini, Marco
2012-02-10

Abstract

Negli ultimi anni, l’aumento della funzionalità dei System-on-Chip (SoC) hanno favorito l’esplosione del mercato delle apparecchiature elettroniche, in particolare dei dispositivi mobile e wireless. Il continuo sviluppo nel campo della tecnologia del silicio ha portato a un aumento sia dell’integrazione che delle frequenze di clock dei sistemi elettronici, facendo aumentare sia la densità di potenza che la dissipazione di energia nei sistemi. Di conseguenza, la dissipazione di potenza è diventata un vincolo importante nella progettazione di sistemi complessi o portatili. Alcuni problemi di progettazione legati al risparmio energetico stanno quindi diventando fondamentali, in particolare l’ottimizzazione del consumo delle celle, la gestione e ottimizzazione del clock e la gestione dinamica della potenza. Il primo passo necessario per ottenere un design low-power è la stima della potenza dissipata del sistema in fase di sviluppo. Recentemente, l’accento si sta spostando verso stima a livello di sistema, dove alcune buone idee per ottimizzare la dissipazione di potenza possono guidare la scelta tra diverse architetture. L’analisi della potenza a livello di sistema è certamente meno accurata rispetto a quella effettuata ai livelli più bassi in quanto l’implementazione reale delle funzionalità del sistema non sono ancora state definite, tuttavia il tempo di simulazione è molto minore le possibilità di minimizzare il consumo sono sicuramente maggiori. In questo lavoro viene proposto un nuovo framework, chiamato Powersim, che consiste in una libreria di classi C++ aggiunta al SystemC, al fine di stimare il consumo energetico di un sistema descritto a livello di sistema. Il Powersim è in grado di stimare l’energia consumata da un sistema digitale, interagendo con le operazioni aritmetiche e logiche presenti nei vari moduli che costituiscono il sistema. Inoltre, grazie al fatto che il Powersim monitora gli operatori, è anche in grado di fornire una stima della complessità computazionale del sistema.
In recent years, the increase in functionality of Systems-on-Chip (SoC) have favored the explosion of the market of electronic appliances, especially of small mobile and wireless devices. The continuous development in the field of silicon technology led to an increase both in integration and clock frequency of electronics systems, raising both power density and energy dissipation of systems. As a result, power dissipation has become an important constraint in the design of complex or portable systems. Some design and technology issues related to power efficiency are becoming crucial, in particular for power optimized cell-libraries, clock-gating and clock-trees optimization, and dynamic power management. The first necessary step towards low-power design is the estimation of dissipated power/energy of the system under development. Recently, emphasis is moving towards estimation at system level when some good ideas on optimizing power dissipation can drive the choice between different architectures. Power analysis at system level is less accurate than at lower levels since the details of the real implementation of the functionality is not defined yet, but conversely the simulation time is much faster and the power saving opportunity with an optimization is much higher. This work proposes a new framework, called Powersim, that consists of a C++ library added to SystemC, in order to estimate the energy consumption of a system described at system level. Powersim can estimate the energy of a system, interacting with arithmetic operations, logical functions of the various modules constituting the system. Also, thanks to the fact that Powersim monitors operators, it is also able to provide a computational complexity estimate of the system.
Power estimation
Energy estimation
Complexity estimate
Powerism
System-level
System C
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11566/242522
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