Managing dependability and temperature in the presence of performance variability for embedded systems

Ζαμπέλης, Νικόλαος Ραφαήλ; Zampelis, Nikolaos Rafail

dc.contributor.author	Ζαμπέλης, Νικόλαος Ραφαήλ	el
dc.contributor.author	Zampelis, Nikolaos Rafail	en
dc.date.accessioned	2019-07-23T08:11:21Z
dc.date.available	2019-07-23T08:11:21Z
dc.date.issued	2019-07-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49124
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16782
dc.rights	Default License
dc.subject	PID	en
dc.subject	Ενσωματωμένα συστήματα	el
dc.subject	Reliability	en
dc.subject	RAS mechanisms	en
dc.subject	Process variation	en
dc.subject	Performance variability	en
dc.subject	DVFS	en
dc.subject	iMX6Q Board	en
dc.subject	Αξιοπιστία	el
dc.subject	Διαθεσιμότητα	el
dc.subject	Λειτουργικότητα	el
dc.subject	Μηχανισμοί RAS	el
dc.subject	Κατασκευαστική μεταβλητότητα	el
dc.subject	Μεταβλητότητα της απόδοσης	el
dc.subject	Δυναμική κλιμάκωση τάσης και συχνότητας	el
dc.subject	Συστήματα πολλών επεξεργαστών	el
dc.title	Managing dependability and temperature in the presence of performance variability for embedded systems	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Embedded systems	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-04-18
heal.abstract	In recent years, dependability of digital systems has been threatened partly due to highly dynamic workloads, user input data, environment and hardware imperfections known as process variability. The latter causes concerns for the reliable operation of the system as it can generate faults in the hardware layer that may cause binary errors and affect the overall performance of the chip. To mitigate this variation, the industry has developed a series of Reliability, Availability and Serviceability (RAS) techniques. These techniques, among others, counter the effects of process variability and ensure dependable performance by trading-off either power, silicon area or execution time. In this thesis we present a PID controller that will perform Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) switches to counter the effects of RAS-induced rollback delays and manage timing deadlines. In addition, the efficiency of our controller will be tested when another concurrent application is running on the same CPU, simulating another case of workload dynamism. We compare our methodology with prominent state-of-the-art DVFS algorithms and prove the PID’s enhanced performance while minimizing energy consumption. Finally, we present a version of the PID controller that aims to manage the system’s temperature, as meeting temperature constraints is of paramount importance in modern embedded systems. Our scheme is deployed on the iMX6Q-SABRE-SD board from NXP while we focus on a realistic, real-time application that is streaming in nature. In detail, our application is drawn from the telecommunication domain and is expected to run on typical embedded platforms. Therefore, we discuss a closed-loop controller that utilizes DVFS to account for performance variation using a realistic application with timing deadlines.	en
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, η αξιοπιστία των ψηφιακών συστημάτων απειλείται εν μέρει εξαιτίας τωνεξαιρετικά δυναμικών φόρτων εργασίας, των δεδομένων εισόδου των χρηστών και των ατελειών τουπεριβάλλοντος και του υλικού που είναι γνωστές ως κατασκευαστική μεταβλητότητα. Η τελευταίαπροκαλεί ανησυχίες για την αξιόπιστη λειτουργία του συστήματος, καθώς μπορεί να δημιουργήσεισφάλματα στο στρώμα υλικού που μπορεί να προκαλέσουν δυαδικά λάθη και να επηρεάσουν τη συ-νολική απόδοση του τσιπ. Για να μετριαστεί αυτή η μεταβλητότητα, η βιομηχανία έχει αναπτύξει μιασειρά τεχνικών αξιοπιστίας, διαθεσιμότητας και συντήρησης (RAS). Αυτές οι τεχνικές, μεταξύ άλλων,αντισταθμίζουν τις επιδράσεις της κατασκευαστικής μεταβλητότητας και εξασφαλίζουν αξιόπιστεςεπιδόσεις ανταλλάσοντας ισχύ, περιοχή πυριτίου ή χρόνο εκτέλεσης.Σε αυτή τη διατριβή παρουσιάζουμε έναν ελεγκτή PID που θα εκτελεί δυναμικές αλλαγές τάσηςκαι συχνότητας (DVFS) για να αντισταθμίσει τις επιπτώσεις των καθυστερήσεων επαναφοράς πουπροκαλούνται από τον RAS μηχανισμό και να διαχειριστεί τις χρονικές προθεσμίες. Επιπλέον, η απο-τελεσματικότητα του ελεγκτή μας θα δοκιμαστεί όταν μια άλλη ταυτόχρονη εφαρμογή τρέχει στονίδιο επεξεργαστή, προσομοιάζοντας μια άλλη περίπτωση δυναμισμού φόρτου εργασίας. Συγκρίνουμετη μεθοδολογία μας με τους εξέχοντες αλγόριθμους DVFS τελευταίας τεχνολογίας και αποδεικνύουμετις βελτιωμένες επιδόσεις του PID μειώνοντας παράλληλα την κατανάλωση ενέργειας. Τέλος, παρου-σιάζουμε μια έκδοση του ελεγκτή PID που στοχεύει στη διαχείριση της θερμοκρασίας του συστήματος,καθώς οι θερμοκρασιακοί περιορισμοί είναι πρωταρχικής σημασίας στα σύγχρονα ενσωματωμένα συ-στήματα.Το πρόγραμμά μας αναπτύσσεται στην πλακέτα iMX6Q-SABRE-SD από την NXP, ενώ επικεντρω-νόμαστε σε μια ρεαλιστική εφαρμογή σε πραγματικό χρόνο. Αναλυτικά, η εφαρμογή μας προέρχεταιαπό τον τομέα των τηλεπικοινωνιών και αναμένεται να εκτελεστεί σε τυπικές ενσωματωμένες πλατ-φόρμες. Επομένως, συζητάμε έναν ελεγκτή κλειστού βρόχου που χρησιμοποιεί το DVFS για να περιρ-ρίσει τη διακύμανση της απόδοσης χρησιμοποιώντας μια ρεαλιστική εφαρμογή με χρονικούς περιορι-σμούς	el
heal.advisorName	Σούντρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Πεκμεστζή, Κιαμάλ	el
heal.committeeMemberName	Ξανθάκης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Τεχνολογίας Πληροφορικής και Υπολογιστών. Εργαστήριο Μικροϋπολογιστών και Ψηφιακών Συστημάτων VLSI	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	68 σ.
heal.fullTextAvailability	true