基于Amdahl定律的异构多核密码处理器能效模型研究

边缘计算安全的资源受限特征及各种新型密码技术的应用,对多核密码处理器的高能效、异构性提出需求,但当前尚缺乏相关的异构多核能效模型研究.本文基于扩展Amdahl定律,引入密码串并特征、异构多核结构、数据准备时间、动态电压频率调节等因素,将核划分空闲、活跃状态,建立异构多核密码处理器的能效模型.MATLAB仿真结果表明,数据准备时间占比小于10%时,对能效的负面影响大幅下降;固定电压,频率缩放会影响能效值大小;处理器核空闲/活跃能耗比例越小,能效值越大.架构上,固定异构核,同构核数量与密码任务最大并行度相等时能效值最大,最佳异构核数可由模型变化参数仿真得到;多任务调度执行上,流水与并发执行有利于能效值的进一步提升.多核密码处理器芯片板级测试结果表明,仿真结果与实测数据相关系数接近1,芯片实测的数据准备时间、电压频率缩放等因素的影响与仿真分析基本一致,验证了所提能效模型的有效性.该文重点从影响能效变化趋势因素上,为多核密码处理器异构、高能效设计提供一定的理论分析基础与建议.

基于可分负载理论的多核密码处理器调度研究

针对多核密码处理器高能效负载调度问题,基于可分负载理论提出多轮与单轮混合负载调度机制,在不增加功耗前提下缩短密码任务完成时间,提升处理器能效。利用可分负载理论分析方法重点划分计算、负载传输时间,建立单轮调度、多轮与单轮混合调度方式,得到数学解析解以指导负载调度高能效设计,同时考虑计算通信占比、结果输出等因素以精确模型。分析模型并设计负载调度机制,在多核密码处理器芯片上实现并验证。MATLAB仿真结果表明,混合调度方式具有更好的性能表现,密码任务传输与计算时间比越大,负载完成时间的下限值越大,当处理器核数、调度轮数取中间值时,达到最优的负载完成时间和能效值,当结果输出时间小于任务传输时间时,影响较小。芯片实测结果表明,对于不同密码算法,提出的多轮与单轮混合调度方式能缩短10.1%~48.2%的负载任务完成时间,相应的多核密码处理器能效值提升9.8%~48.1%。