Information & Communication Technologies (ICT)

SafeSpeed

Tecnologia per massimizzare le performance dei microprocessori.
Alberto Leva - Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria (DEIB)

La tecnologia SafeSpeed ​​serve a prevenire temperature eccessivamente elevate nei microprocessori, consentendone il funzionamento alla massima velocità possibile. È applicabile a qualsiasi piattaforma dotata di DVFS (Dynamic Voltage and Frequency Scaling) come ad esempio personal computer desktop o laptop, smartphone, tablet, server e controllori industriali. SafeSpeed ​​è un sistema di controllo in retroazione a eventi, che agisce sul DVFS ed è adatto sia per dispositivi single-core che multi-core (indipendentemente dal fatto che il microprocessore sia fornito di un DVFS per core o di uno solo per tutto il chip). I maggiori vantaggi di SafeSpeed rispetto allo stato dell’arte sono principalmente due. In primo luogo, SafeSpeed ​​può essere realizzato interamente in software, in hardware o in svariate combinazioni dei due. La realizzazione software consente d’inserire la tecnologia in dispositivi già progettati, mentre quella hardware è implementabile in dispositivi in fase di realizzazione. Il secondo vantaggio è che, indipendentemente dalla forma d’implementazione scelta, la tecnologia minimizza il numero di azioni (variazioni di frequenza) sul sistema, con evidenti vantaggi per quanto riguarda lo stress  dell’elettronica del microprocessore.

SafeSpeed ​​controlla attivamente le prestazioni computazionali e la potenza termica dissipata, in presenza di condizioni ambientali e di carico anche molto variabili, con i seguenti vantaggi: – garantisce la massima velocità senza violazione del vincolo termico; – si integra perfettamente con qualsiasi sistema di gestione combinato di potenza e performance, con un carico computazionale aggiuntivo trascurabile; – riduce il rischio di danneggiamento dell’unità di elaborazione; – riduce il rischio di invecchiamento precoce del processore; – migliora l’affidabilità del processore nel tempo. SafeSpeed ​​include: a) un modulo di generazione di eventi che si attiva in base alle condizioni ambientali e di carico; b) un modulo di gestione eventi che determina l’azione di controllo; c) un modulo di attuazione che applica l’azione al dispositivo controllato. Per la massima performance di controllo e la massima configurabilità, la generazione di eventi può essere hardware e il modulo di gestione degli eventi software. Per ottenere prestazioni ottimali quando la configurabilità non è un problema primario, SafeSpeed può essere realizzato interamente in hardware. Per un impatto minimo su un dispositivo esistente, SafeSpeed può essere interamente software. I vantaggi raggiunti in termini di qualità del controllo sono stati valutati mediante test comparativi su hardware commerciale, si veda l’articolo A. Leva, F. Terraneo, I. Giacomello, W. Fornaciari, “Event-based Power/performance-aware Thermal Management for High-density Microprocessors”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2017, DOI 10.1109/TCST.2017.2675841.

La figura 1, di seguito riportata, confronta SafeSpeed ​​con una soluzione Linux standard, mentre la figura 2 mostra come, impostando la temperatura massima raggiungibile, il dispositivo controllato può operare in qualsiasi punto intermedio tra “massime prestazioni” e “massimo risparmio energetico”.

Figura 1: confronto tra SafeSpeed ​​e una soluzione Linux standard in relazione al variare nel tempo del carico computazionale.

Figura 2: Confronto tra la tecnologia SafeSpeed che agisce sulle “prestazioni massime” e la modalità “massimo risparmio energetico”, rappresentata dai cosiddetti governatori di Linux, in relazione al limite della temperatura.