Orientador: Alice Maria Bastos Hubinger Tokarnia

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas,Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: Este trabalho apresenta quatro algoritmos de escalonamento dinâmico de Tensão e Frequência (DVFS) em sistemas multiprocessador baseado em caminhos de execução. Nossos alvos são aplicações multimídia executadas em sistemas embarcados, com especificação de qualidade por taxa mínima de entradas...

Resumo: Este trabalho apresenta quatro algoritmos de escalonamento dinâmico de Tensão e Frequência (DVFS) em sistemas multiprocessador baseado em caminhos de execução. Nossos alvos são aplicações multimídia executadas em sistemas embarcados, com especificação de qualidade por taxa mínima de entradas (QoS) processadas. Uma fração mínima de entradas, geralmente quadros de dados, precisa ser completamente processada no tempo máximo de resposta especificado. O objetivo dos algoritmos é atuar em quatro cenários que correspondem a sistemas com diferentes possibilidades de escalonamento dinâmico de tensão e frequência e diferentes capacidades de monitoramento da qualidade de serviço. No primeiro cenário, todos os pacotes de dados de entrada recebidos devem ser processados dentro do tempo máximo especificado e o nível de tensão/frequência pode ser ajustado no início da execução da aplicação, sendo o mesmo para todos os processadores. Este cenário é referência para comparação de resultados para os outros cenários. Para o segundo cenário, o nível de tensão/frequência pode ser definido individualmente para um processador, no início da execução de cada tarefa, e dados de entrada de classes específicas podem ser descartados. O terceiro cenário possibilita, além do descarte de classes específicas de dados de entrada, o ajuste do nível de tensão/frequência de cada tarefa de acordo com a classe de dados de entrada a ser processada. O algoritmo desenvolvido para o quarto cenário trata dinamicamente de alterações na distribuição probabilística das classes de entrada, calculando novos níveis de tensão/frequência para as tarefas e classes de entrada de modo que a especificação de qualidade continue a ser satisfeita, de forma eficiente. Para uma aplicação de cancelamento de eco acústico, executada em 4 processadores, com taxa mínima de processamento igual a 50%, o algoritmo de escalonamento de tensão e frequência, no cenário 3, conseguiu reduzir o consumo de energia em cerca de 71%, comparado ao cenário 1. No cenário 4, simulamos para esta aplicação uma modificação simultânea de 10 pontos percentuais na distribuição das classes de entrada em 3 tarefas causando aumentos do número de descartes. O algoritmo proposto para o cenário 4 manteve a qualidade mínima com um aumento de apenas 6% no consumo de energia, quando comparado ao consumo de energia da configuração inicial definida para o cenário 3

Abstract: This work presents four execution-path based Dynamic Voltage/Frequency Scaling (DVFS) algorithms for multiprocessor systems. The targets are embedded systems multimedia applications, with minimum input data completion rate specification (QoS). A minimum fraction of input data, usually data...

Abstract: This work presents four execution-path based Dynamic Voltage/Frequency Scaling (DVFS) algorithms for multiprocessor systems. The targets are embedded systems multimedia applications, with minimum input data completion rate specification (QoS). A minimum fraction of input data, usually data frames, should be processed within the specified deadline. These algorithms aim to operate in four scenarios corresponding to systems with different possibilities of dynamic voltage and frequency scheduling and different QoS monitoring capabilities. In the first scenario, all received data frames should be treated within the deadline and the voltage/frequency operational level can be adjusted at the beginning of the application execution, and must be the same for all processors. This scenario is a reference for comparison of results obtained for the other scenarios. For the second scenario, the voltage/frequency operational level can be set individually for each processor at the beginning of each task execution, and input data frames of specific input classes can be discarded. The third scenario allows, besides discarding specific classes of input data, it is possible to adjust the operation level for each task, according to the class of the input data to be treated. The algorithm for the fourth scenario operates online, computing new voltage/frequency levels and making new decisions about class discarding to cope with changes in probability distribution of input classes. Its goal is to maintain the specified quality with low energy consumption. In an application of acoustic echo cancellation running on a system with 4 processors, with a rate of inputs completely processed specified as 50%, the algorithm for scenario 3 achieved a reduction in consumption close to 71%, comparing to the results for scenario 1. During simulation, this application has been subjected to simultaneous changes of 10% in the input class distributions of three discarding tasks, reducing system quality. The algorithm for scenario 4, maintained the minimum quality with just 6% increase in power consumption, when compared to the consumption of the initial configuration for scenario 3