一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统，属于集成电路技术领域，包括通用底座芯片和多个底层电源管理芯片，多个底层电源管理芯片用于分别对多个计算平台Chiplet的底层管理，动态调整供电电压和频率，进行性能和任务状态上报；通用底座芯片包括中间层管理模块和顶层管理模块，中间层管理模块根据各个Chiplet的性能优化调整电源分配，以及将任务状态发送至顶层管理模块；顶层管理模块基于任务状态进行跨Chiplet的协同优化的预测性电源管理，结果返回中间层管理模块；中间层管理模块在对应时刻基于预测性电源管理的结果对所述多个计算平台Chiplet进行电源分配。本发明专利技术通过分层管理在局部和全局层面优化，提升系统能源利用效率，满足各Chiplet性能需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统


[0001]本专利技术属于集成电路
，尤其涉及一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统。

技术介绍

[0002]在基于芯粒Chiplet的集成电路设计中，尤其是在面对功耗、性能和热设计等挑战时，电源管理是一个至关重要的问题。目前的现有技术主要采用集中式电源管理策略，其中一个中央电源管理单元负责整个系统的电源分配和调整。这种集中式电源管理方案可以在一定程度上实现功耗优化和性能提升，但面临着一些挑战。在异构多Chiplet系统中，不同Chiplet可能具有不同的性能需求、功耗特性和热设计要求。集中式电源管理可能难以实现对各个Chiplet的个性化调整，从而导致能源利用效率和性能不高。在数据传输和时序问题上，随着芯片尺寸和复杂性的增加，集中式电源管理可能会在数据传输、时序和功耗等方面遇到瓶颈，这可能导致系统性能下降，甚至影响芯片的可靠性和稳定性。在动态工作负载适应性上，现代计算系统需要在不断变化的工作负载和任务需求下保持高性能，集中式电源管理可能不具备足够的灵活性和实时响应能力，以应对这些挑战。
[0003]因此，在现有技术背景下，针对基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统，有必要研究一种更加高效、灵活且能够实现局部和全局优化的电源管理策略，使能充分利用异构Chiplet的特性，以实现更高的性能和更低的功耗，同时具有更好的数据传输和时序性能、动态工作负载适应性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统，所述系统包括通用底座芯片和多个底层电源管理芯片，其特征在于，所述多个底层电源管理芯片用于分别对多个计算平台Chiplet的底层管理，所述底层管理包括对计算平台Chiplet的性能监控，所述底层电源管理芯片基于所述性能动态调整供电电压和频率，并进行性能和任务状态上报，所述多个计算平台Chiplet是异构的；所述通用底座芯片包括中间层管理模块和顶层管理模块；所述中间层管理模块用于接收所述多个电源管理芯片上报的计算平台Chiplet的性能和任务状态，根据各个 Chiplet 的性能优化调整电源分配，以及将任务状态发送至顶层模块；所述顶层管理模块用于基于任务状态进行跨 Chiplet 的协同优化的预测性电源管理，以及将预测性电源管理结果返回中间层管理模块；所述中间层管理模块用于在对应时刻基于预测性电源管理的结果对所述多个计算平台Chiplet进行电源分配。
[0005]其中，所述计算平台Chiplet内包含多组同构的计算模块；以及，所述底层电源管理芯片用于根据电源分配确定计算平台Chiplet内需要工
作的同构计算模块的比例。
[0006]其中，所述Chiplet的性能包括所述Chiplet的实时工作负载和温度，所述底层电源管理芯片根据自适应电源调整算法根据监测到的Chiplet的实时工作负载和温度动态调整供电电压和工作频率，所述动态调整供电电压和频率为降低供电电压和降低所述Chiplet的工作频率。
[0007]其中，所述底层电源管理芯片基于所述性能降低供电电压和频率，包括：使用指数平滑法处理实时工作负载数据；基于平滑后的工作负载数据，使用PID控制算法计算调整因子；根据当前温度计算一个温度调整因子，当检测到温度和最大安全温度小于阈值时，降低调整因子；将PID控制算法计算得到的调整因子与温度调整因子相乘，得到最终的电压和频率调整因子，然后根据所述最终的电压和频率调整因子调整供电电压和工作频率。
[0008]其中，每个计算平台都对应一个底层电源管理芯片，每个底层管理芯片都配置一个与计算平台性能对应的pid控制器。
[0009]其中，所述中间层管理模块用于根据各个 Chiplet 的性能优化调整电源分配，包括根据基板上所有计算平台Chiplet对应的电源管理芯片上报的计算平台Chiplet的性能，以及基于接收时刻的反馈补偿系数对各个计算平台Chiplet的电源分配进行调整。
[0010]其中，其中，所述反馈补偿系数是一个时序序列，至少包括当前时刻的反馈补偿系数，以及包括若干个过去或未来时刻的反馈补偿系数。
[0011]其中，所述中层管理模块获取所有 Chiplet 的性能数据和上报时刻对应的各个Chiplet的反馈补偿系数；中层管理模块将根据 Chiplet的反馈补偿系数为每个 Chiplet 确定一个分配系数，所述分配系数可以是该Chiplet的反馈补偿系数在所有Chiplet的反馈补偿系数中的占比，所述分配系数在0到1之间；其中所述分配系数越高，所分配的电源资源越高；所述中层管理模块将根据各个 Chiplet 的分配系数和当前可用的电源资源重新分配电源。
[0012]其中，所述顶层管理模块用于基于任务状态进行跨 Chiplet 的协同优化的预测性电源管理，包括对电源分配的预测性管理，包括：根据中间层管理模块上报的各Chiplet的任务状态确定各Chiplet的计算需求、输入数据量和输出数据量，其中计算需求为任务需要执行的浮点运算数量D_i，输入数据量为任务需要从存储中读取的数据量Input_data_size，输出数据量为任务需要写入存储的数据量Output_data_size；根据任务的输入数据量和输出数据量，计算任务的总通信开销 C_i：C_i = Input_data_size + Output_data_size，确定电源预测性管理的全局电源资源分配策略，得到未来 M 个时间段内N个Chiplet在未来M个时刻的最佳电源分配方案。
[0013]其中，所述确定电源预测性管理的全局电源资源分配策略包括：定义决策变量矩阵 P，其中 P_ij 表示第 i 个Chiplet 在时间段 j 的电源分
配，所述矩阵 P 的维度为 N
×
M；能耗 E_ij 和电源分配 P_ij 之间的关系可以通过以下公式表示：，其中，T_comp_ij 和 T_trans_ij 分别表示第 i 个Chiplet 在时间段 j 的计算时间和通信时间；是Chiplet的线性功耗模型，a 和 b 是与 Chiplet 相关的常数；优化目标函数为：优化目标函数为：，优化目标函数表示在所有 Chiplet 及时间段内总能耗的最小值，求解过程中需要迭代多次来更新 P_ij 值且需满足约束条件，同时使能耗最小化，用最后一次迭代更新完成后的决策变量矩阵 P作为优化结果。
[0014]其中，在优化过程中需定义约束条件来确保计算任务的正常执行，包括：对性能约束进行约束，具体为所有任务必须在给定的时间内完成，表示为对于所有的 i 和 j，满足∑(T_comp_ij + T_trans_ij) ≤ T_max；对电源约束进行约束，具体为每个 Chiplet 的电源分配不能超过其最大电源限制，表示为对于所有的 i 和 j，满足：0 ≤ P_ij ≤ P_max；对功耗约束进行约束，具体为所有 Chiplet 的总功耗不能超过片上系统功耗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统，所述系统包括通用底座芯片和多个底层电源管理芯片，其特征在于，所述多个底层电源管理芯片用于分别对多个计算平台Chiplet的底层管理，所述底层管理包括对计算平台Chiplet的性能监控，所述底层电源管理芯片基于所述性能动态调整供电电压和频率，并进行性能和任务状态上报，所述多个计算平台Chiplet是异构的；所述通用底座芯片包括中间层管理模块和顶层管理模块；所述中间层管理模块用于接收所述多个底层电源管理芯片上报的计算平台Chiplet的性能和任务状态，根据各个 Chiplet 的性能优化调整电源分配，以及将任务状态发送至顶层管理模块；所述顶层管理模块用于基于任务状态进行跨 Chiplet 的协同优化的预测性电源管理，以及将预测性电源管理结果返回中间层管理模块；所述中间层管理模块用于在对应时刻基于预测性电源管理的结果对所述多个计算平台Chiplet进行电源分配。2.如权利要求1所述的一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统，其特征在于，所述计算平台Chiplet内包含多组同构的计算模块；以及，所述底层电源管理芯片用于根据电源分配确定计算平台Chiplet内需要工作的同构计算模块的比例。3.如权利要求1所述的一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统，其特征在于，所述Chiplet的性能包括所述Chiplet的实时工作负载和温度，所述底层电源管理芯片根据自适应电源调整算法根据监测到的Chiplet的实时工作负载和温度动态调整供电电压和工作频率，所述动态调整供电电压和频率为降低供电电压和降低所述Chiplet的工作频率。4.如权利要求3所述的一种基于芯粒Chiplet的电源管理芯片架构系统，其特征在于，所述底层电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉诚，张少仲，张栩，
申请(专利权)人：中诚华隆计算机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：