Toronto Üniversitesi'nde doktora öğrencisi Shuze Zhao: FPGA'da dinamik voltaj ayarı nasıl yapılır? | Özeti paylaş
Leifeng.com AI Technology Review Press: FPGA'dan bahsetmişken, pek çok kişi buna aşina olmayabilir, tam İngilizce adı Field Programmable Gate Array, yani programlanabilir entegre devre olarak da bilinen sahada programlanabilir kapı dizisidir. Büyük verilerin ve yapay zekanın geliştirilmesiyle birlikte, giderek daha fazla veri merkezi, veri işleme hızını artırmak ve sunucu performansını iyileştirmek için CPU hızlandırıcıları olarak FPGA'leri tanıtmaktadır.Bu nedenle, FPGA enerji tüketimini azaltmak, veri merkezlerinde yeni bir zorluk haline gelmiştir. Bu makale, kendi kendine ölçüme dayalı FPGA enerji tüketimini azaltma yöntemlerinden birini - FPGA dinamik voltaj düzenleme çözümünü tanıtmaktadır. Bu makale, misafirlerin canlı paylaşımlarına göre düzenlenmiştir.
Dijital çipler için ortak bir enerji tasarrufu teknolojisi olan dinamik voltaj regülasyonu (DVS), CPU veya GPU gibi çiplerde yaygın olarak kullanılmaktadır. FPGA'nın benzersiz programlanabilir donanım yapısı nedeniyle, yonga üzerindeki devreleri uygulama değişiklikleri ile değişir, bu da FPGA dinamik voltaj regülasyonunda büyük zorluklar getirir. Toronto Üniversitesi Elektronik Bölümü'nde doktora öğrencisi olan Zhao Shuze, çipin enerji tüketimini etkili bir şekilde azaltan ve performansı artıran yeni bir iyileştirme planı önerdi.
Shuze Zhao, Zhejiang Üniversitesi, Elektrik Mühendisliği Fakültesi'nden güç elektroniği alanında lisans derecesine, Toronto Üniversitesi'nden elektronik alanında yüksek lisans derecesine ve Toronto Üniversitesi elektronik bölümünde doktora adaya sahiptir. Araştırma yönü, LED optik iletişim, rezonans dönüştürücü, dönüştürücünün dijital kontrolü ve veri merkezinde güç elektroniğinin uygulanmasıdır.
Ana hatları paylaşın:
FPGA'ya giriş, FPGA on-chip yapısı
FPGA enerji tüketimi
Kendi kendine ölçüme dayalı FPGA dinamik voltaj regülasyonu (DVS)
İçerik paylaşma:
Herkese merhaba, ben Zhao Shuze. Bugün paylaşılan içerik, donanımla ilgili araştırma sonuçlarımızdan bazıları. Daha sonra, size veri merkezinin yapısı ve enerji tüketimi hakkında kısa bir giriş ve ardından FPGA ve FPGA enerji tüketiminin zorlukları hakkında bir giriş yapacağım. Son olarak, ekibimizin araştırma sonuçlarını, yani FPGA üzerinde dinamik voltaj ayarının nasıl gerçekleştirileceğini tanıtacağım.
Veri merkezi enerji tüketimi
Son on yılda bilişim teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte, özellikle son zamanlarda çok popüler olan büyük veri, bulut bilişim, yapay zeka vb. Bu uygulamaların arkasındaki beyin olan veri merkezi şüphesiz hızlı bir gelişme yaşadı. Veri merkezlerinin entegrasyonu ve bilgi işlem gücünün iyileştirilmesi ile veri merkezlerinin enerji tüketimi her zaman çok zor bir problem olmuştur.
Amerika Birleşik Devletleri örnek alınarak, 2013 yılında veri merkezlerinin toplam enerji tüketiminin, orta ölçekli bir ülkenin (Filipinler gibi) toplam elektrik tüketimine eşdeğer olan 91 terawatt saat (TWh) olacağı tahmin edilmektedir. Enerji tüketimi sorununu çözmek için önce bir veri merkezinin sahip olduğu elektrik yüklerine bakmalıyız.
Kabaca dört kategoride özetlenebilir: sunucular, depolama cihazları, ağ ekipmanı, anahtarlar vb. Dahil olmak üzere BT yükleri; transformatörler, kablolar, güç kaynakları, UPS, güç dağıtım birimleri vb. Neden olduğu kayıplar dahil olmak üzere güç aktarımı ve dönüştürme; klimalar dahil soğutma sistemleri , Su soğutma sistemi, fan vb. Diğerleri arasında aydınlatma, ofis elektriği vb.
Veri merkezinin yapısı
"ATS otomatik dönüştürme anahtarının" amacı, güç şebekesinde bir sorun olduğunda, yük tarafında herhangi bir elektrik kesintisi olmayacağından emin olmak için otomatik olarak dizel jeneratör setine geçmektir.
"Merkezi UPS" iki amaca hizmet eder. Bir yandan IT yüküne yüksek kaliteli enerji verilmesini sağlayabilirken, diğer yandan bir elektrik kesintisi durumunda dizel jeneratörün belirli bir başlatma süresine ihtiyacı vardır.Bu süre, yükün görünmemesini sağlamak için geçici olarak UPS tarafından sağlanır. Elektrik kesintisi durumu.
Veri merkezinin enerji tüketim yapısı
Her veri merkezinin enerji tüketimi aslında çok farklı, bu grafik sadece ortalama. BT yükü aslında enerji tüketiminin yalnızca% 36'sını oluşturuyor ve güç iletimi ve dönüştürme yaklaşık% 11'ini oluşturuyor. Diğer enerji tüketiminin yarısı soğutma sistemi tarafından kullanılmaktadır. Yani IT yükü ve güç iletimi ve dönüşümü ile üretilen ısı enerjisini soğutmak için, normal çalışmayı sağlamak için veri merkezini soğutmak için aynı miktarda hatta daha fazla enerji tüketmek gerekir.
IT yükünde FPGA'nın enerji tüketimi nasıl azaltılır
FPGA'nın Çince adı Field Programmable Logic Gate Array'dir. FPGA'lar geçmişte tüketici elektroniğinde, kablosuz baz istasyonlarında, askeri, medikal ve diğer üst düzey uygulamalarda yaygın olarak kullanılmıştır.Büyük veri ve yapay zekanın hızlı gelişimi ile sunucu yanıt hızı gereksinimlerimiz artmaya devam ediyor ve CPU'lar kanıtlandı Çok sayıda kayan nokta hesaplaması için uygundur ve FPGA'nın çip üstü devresi programlanabilir, geliştirme süresi nispeten kısadır, esnek bir şekilde dağıtılabilir ve büyük ölçekli paralel hesaplama gerçekleştirebilir. Bu nedenlerden ötürü, ağ iletişimine yardımcı olmak da dahil olmak üzere veri işleme ve hesaplamalara yardımcı olmak için bir CPU hızlandırıcısı olarak veri merkezlerinde yaygın bir şekilde kullanılmaya başlandı.
FPGA'nın avantajları ve dezavantajları
CPU / MCU gibi komut seti tabanlı yongalar için FPGA daha fazla esnekliğe sahiptir.Ayrıca programlanabilir olduğu için en basit donanım mimarisi gerekli mantık fonksiyonlarını uygulamak için kullanılabilir, böylece enerji tasarrufu sağlanır.
Dezavantajı ise özel çip ASIC ile karşılaştırıldığında hızın daha yavaş olması ve enerji tüketiminin daha yüksek olmasıdır. ASIC yongasının iç yapısı nispeten basit olmasına ve donanımla programlanamasa da, yalnızca belirli bir işlevi yerine getirmek için kullanılabilir, en kötü esnekliğe sahiptir, ancak belirli bir görevi yerine getirmede en yüksek verime sahiptir.
FPGA yongasının iç mimarisi biraz daha karmaşıktır ve donanımla programlanabilir, bu nedenle dahili yonganın mantıksal yapısı, yüksek işlem verimliliği sağlarken belirli bir esneklik sağlayan donanım programlama dili ile değiştirilebilir. Performansta bir uzlaşma var.
Yonga üzerinde FPGA yapısı
FPGA geliştirme
Dijital IC'nin güç tüketimi
Dinamik voltaj regülasyonu
FPGA kritik yolu
Her uygulamanın benzersiz bir kritik yolu vardır
FPGA başvuru süreci
FPGA'nın dinamik voltaj regülasyonu
Bizim fikrimiz şudur: FPGA'nın belirsiz bir çip üstü yapısı vardır, ancak tekrar tekrar ateşlenebilir. Her kritik yolu önceden çıkarmak, bu kritik yolları FPGA üzerinde ayrı ayrı yakmak, önce bu kritik yolların gecikmesini ölçmek ve ölçüm tamamlandıktan sonra verileri yonga dışı belleğe yerleştirmek için bu özellikten yararlanıyoruz. . Ardından FPGA'yı kullanıcının uygulamasına yazın.Dinamik voltaj ayar kontrol modülü, henüz ölçülen verilerden mevcut sıcaklık ve frekansta en düşük güç kaynağı voltajını bulacak ve ardından güç kaynağı FPGA'yı bu voltaja göre çalıştıracaktır.
İyileştirilmiş başvuru süreci
Tam akış şeması yorumlaması için lütfen video oynatmaya bakın.
deneysel cihaz
Deneysel sonuçlar
Leifeng.com deneysel süreci ve özel detayları sağlar.AI MOOC Academy: Dinamik Voltaj Regülasyonu (DVS) FPGA-Talk'un veri merkezinde FPGA'nın enerji tasarrufu hakkında izlemesini tavsiye eder.
WeChat herkese açık hesap: "AI Araştırma Kulübü", uzun vadeli ücretsiz canlı video kursları sağlar, takip etmeye hoş geldiniz!
Lei Feng
