Supervision : Habib MEHREZ

Estimation et optimisation de la consommation dans les descriptions architecturales des systèmes intégrés complexes

Cette thèse propose une méthode d'estimation et d'optimisation de la consommation d'énergie des systèmes embarqués matériel-logiciel. Le but de notre travail est de fournir un moyen d'estimation de la consommation dans les descriptions haut niveau (modèles comportementaux en C) des systèmes incluant tous les composants, y compris les nouveaux. Des tels analyses sont nécessaires pour sélectionner la meilleure architecture du système et l'organisation logicielle d'une application particulière en termes de consommation et pour tester l'application des techniques de basse consommation au niveau architecture système. Le point de départ est la description architecturale du système utilisée en simulation. Nous nous concentrons sur le niveau cycle précis et l'outil de simulation que nous utilisons est un simulateur de systèmes qui modélise les composants matériels en langage C/C++. Les modèles sont très abstraits et ils utilisent des automates d'états pour représenter le comportement par cycle du matériel. Le simulateur de systèmes cycle précis est interfacé avec un simulateur de jeux d'instructions du processeur et ils sont enrichis avec des modèles d'énergie qui prennent en compte les opérations exécutées par transition dans l'automate d'état des composants. Pendant la simulation, l'énergie correspondante à chaque opération est détectée et accumulée en donnant la dissipation instantanée et totale par cycle de chaque module et de l'ensemble. Nous obtenons l'évolution de l'énergie, ce qui permet d'identifier les points critiques (quels sont les modules qui consomment le plus, quand et pourquoi) et de localiser les périodes actives et inactives de chacun. Cela permet l'analyse de l'implantation d'une gestion de la consommation au niveau architecture système. Cette méthode a été testée sur un exemple de système, un décodeur MPEG4 développé à Philips. Nous avons décodé des images INTRA et évalué l'énergie dissipée par image. Les valeurs ont été calibrées à partir d'estimations de bas niveau obtenues avec un outil industriel. La précision est donc très bonne : l'erreur totale du système est estimée inférieure à 6% par rapport aux mesures physiques. Des techniques de réduction de la consommation ont été appliquées et analysées comme l'utilisation d'une autre mémoire, les horloges inhibées, la réduction de la tension/fréquence, et d'autres encore. Cela a permis une réduction de la consommation du système de 93%.

2005-2008 Publications

• 2008
  • A. Abril Garcia, H. Mehrez, F. Pétrot, J. Gobert, C. Miro : “Estimation et optimisation de la consommation dans les SoC utilisant la simulation précise au cycle”, Revue des Sciences et Technologies de l'Information - Série TSI : Technique et Science Informatiques, vol. 27 (1-2), pp. 203-233, (Lavoisier) (2008)
• 2005
  • A. Abril Garcia : “Estimation et optimisation de la consommation dans les descriptions architecturales des systèmes intégrés complexes”, thesis, phd defence 06/21/2005, supervision Mehrez, Habib (2005)
  • A. Abril Garcia, H. Mehrez, F. Pétrot, J. Gobert, C. Miro : “Energy Estimation and Optimisation of Embedded Systems using Cycle Accurate Simulation”, FTFC 2005 - 5^es Journées d'études Faible Tension Faible Consommation, Paris, France, pp. 29-32 (2005)
  • A. Abril Garcia, H. Mehrez, F. Pétrot, J. Gobert, C. Miro : “Energy estimation and optimization in architectural descriptions of complex embedded systems”, Microtechnologies for the New Millennium 2005 : VLSI Circuits and Systems, vol. 5837, SPIE Proceedings, Sevilla, Spain, pp. 456-466, (SPIE) (2005)
  • A. Abril Garcia, H. Mehrez, F. Pétrot, J. Gobert, C. Miro : “A High Level SoC Energy Analysis Method with Good Accuracy Using Cycle Accurate Simulation”, IEEE Symposium on low power and high-speed chips (COOL Chips VIII), Yokohama, Japan, pp. 195, (IEEE) (2005)