用于芯片的電壓波動補償控制方法及系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及電壓補償技術(shù)，尤其涉及一種用于芯片的電壓波動補償控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的集成度越來越高，功能越來越復雜，工作頻率也不斷提高。這些因素導致芯片的功耗持續(xù)增加，同時對供電電壓的穩(wěn)定性要求也越來越高。然而，在實際應(yīng)用中，芯片的供電電壓常常會出現(xiàn)波動，這些波動可能源于多種因素，如負載變化、電源噪聲、溫度變化等。電壓波動會對芯片的性能、可靠性和壽命產(chǎn)生不利影響，嚴重時甚至可能導致芯片故障。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過在芯片電源端增加去耦電容等無源元件，減少電壓波動的幅度。這種方法簡單易行，但效果有限，難以應(yīng)對快速、大幅度的電壓波動。也有基于歷史數(shù)據(jù)和負載模型，預測可能出現(xiàn)的電壓波動，并提前進行補償。這種方法可以提高補償?shù)募皶r性，但預測精度受多種因素影響，實際效果可能不穩(wěn)定。

3、因此，亟需一種新的電壓波動補償控制方法及系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，實現(xiàn)更加精確、快速、高效且智能的電壓波動補償，以滿足現(xiàn)代芯片和多芯片系統(tǒng)日益嚴格的供電要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種用于芯片的電壓波動補償控制方法及系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、本發(fā)明實施例的第一方面，

3、提供一種用于芯片的電壓波動補償控制方法，包括：

4、在多芯片系統(tǒng)的每個芯片上布置電壓傳感器和智能體，利用所述電壓傳感器采集所在芯片的局部電壓數(shù)據(jù)，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與相鄰芯片上的電壓傳感器進行數(shù)據(jù)交互，利用基于卡爾曼濾波的多傳感器信息融合算法將各個電壓傳感器采集到的局部電壓數(shù)據(jù)進行融合，得到多芯片系統(tǒng)的分布式電壓波動數(shù)據(jù)；

5、根據(jù)所述分布式電壓波動數(shù)據(jù)，生成表征多芯片系統(tǒng)整體電壓分布的電壓波動分布圖，基于得到的電壓波動分布圖，利用自適應(yīng)調(diào)度算法動態(tài)調(diào)整各個電壓傳感器的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)上報頻率，同時利用各個電壓傳感器上設(shè)置的智能體，基于所述電壓波動分布圖和各個電壓傳感器的當前工作狀態(tài)，利用模型預測控制算法得到芯片級的電壓補償控制數(shù)據(jù)；

6、利用基于共識機制的分布式優(yōu)化算法，將各個智能體所得到的電壓補償控制數(shù)據(jù)進行迭代融合和更新，直至滿足預設(shè)的迭代次數(shù)，得到全局最優(yōu)電壓控制補償數(shù)據(jù)，并利用在線學習算法對所述全局最優(yōu)電壓補償控制數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化后的全局最優(yōu)電壓補償控制數(shù)據(jù)，控制各個芯片中的電源管理電路對芯片的供電電壓進行調(diào)節(jié)，并通過智能功率管理策略最小化供電電壓調(diào)節(jié)過程中的能量損耗，以實現(xiàn)多芯片系統(tǒng)的電壓波動補償。

7、在一種可選的實施例中，

8、基于所述電壓波動分布圖和各個電壓傳感器的當前工作狀態(tài)，利用模型預測控制算法得到芯片級的電壓補償控制數(shù)據(jù)包括：

9、構(gòu)建描述芯片電壓響應(yīng)行為的偏微分方程，所述偏微分方程包括泊松方程和熱方程，其中，所述泊松方程的源項為芯片中各單元的瞬時電流分布；所述熱方程的源項為芯片中各單元的焦耳熱；

10、基于構(gòu)建的偏微分方程，設(shè)計全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以芯片中節(jié)點的時空坐標和芯片中各單元瞬時電流分布為輸入，以芯片中節(jié)點的電壓分布和溫度分布為輸出；

11、構(gòu)建全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合損失函數(shù)，所述聯(lián)合損失函數(shù)包括數(shù)據(jù)擬合損失和物理約束損失，并通過自適應(yīng)梯度優(yōu)化算法，通過最小化聯(lián)合損失函數(shù)訓練全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到最終的芯片電壓響應(yīng)預測模型；

12、給定芯片中任意節(jié)點的時空坐標和電流激勵，將其輸入到所述芯片電壓響應(yīng)預測模型中，預測得到當前節(jié)點處的瞬時電壓值和瞬時溫度值，結(jié)合電壓波動分布圖和各個電壓傳感器的當前工作狀態(tài)，分析芯片中各個模塊的功耗情況，根據(jù)分析結(jié)果動態(tài)調(diào)節(jié)各個模塊的工作頻率和電壓，得到芯片級的電壓補償控制數(shù)據(jù)。

13、在一種可選的實施例中，

14、構(gòu)建全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合損失函數(shù)，所述聯(lián)合損失函數(shù)包括數(shù)據(jù)擬合損失和物理約束損失包括：

15、所述聯(lián)合損失函數(shù)的計算公式如下：

16、；

17、其中，l(θ)表示聯(lián)合損失函數(shù)，θ表示全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，ldata(θ)表示數(shù)據(jù)擬合損失，λ表示物理約束損失的權(quán)重系數(shù)，lphys(θ)表示物理約束損失；

18、所述數(shù)據(jù)擬合損失的計算公式如下：

19、；

20、其中，n表示樣本數(shù)量，表示預測電壓值， φ i表示實際電壓值，表示預測溫度值，t i表示實際溫度值；

21、所述物理約束損失的計算公式如下：

22、；

23、其中，ω表示芯片的求解域，▽表示梯度運算符，σ表示熱導率，?表示偏導數(shù)，ρ表示電荷密度，t表示時間，k表示單元數(shù)量，ik(t)表示第k個單元在t時刻的瞬時電流，δ(·)表示三維狄拉克函數(shù)，x表示芯片中的x軸坐標，y表示芯片中的y軸坐標，z表示芯片中的z軸坐標，xk表示第k個單元的x軸坐標，yk表示第k個單元的y軸坐標，zk表示第k個單元的z軸坐標，cp表示比熱容，η表示熱擴散率。

24、在一種可選的實施例中，

25、利用基于共識機制的分布式優(yōu)化算法，將各個智能體所得到的電壓補償控制數(shù)據(jù)進行迭代融合和更新，直至滿足預設(shè)的迭代次數(shù)，得到全局最優(yōu)電壓控制補償數(shù)據(jù)包括：

26、構(gòu)建多芯片系統(tǒng)的通信拓撲圖模型，所述通信拓撲圖模型包括節(jié)點特征矩陣和邊特征矩陣，其中節(jié)點特征矩陣中的元素表示對應(yīng)節(jié)點的電壓狀態(tài)信息，邊特征矩陣中的元素表示對應(yīng)節(jié)點之間的通信鏈路信息；

27、每個節(jié)點采集當前時刻的自身電壓測量值，通過與鄰居節(jié)點通信獲得當前時刻鄰居節(jié)點的電壓測量值以及與鄰居節(jié)點之間的通信鏈路信息；

28、針對每個節(jié)點，將所述當前時刻的自身電壓測量值、鄰居節(jié)點電壓測量值以及通信鏈路信息輸入至通信拓撲圖模型，經(jīng)過至少兩層圖卷積層和注意力層的前向傳播計算，輸出當前節(jié)點的電壓補償控制量；

29、將得到的電壓補償控制量作為反饋值，與當前時刻的自身電壓測量值疊加，得到更新后的節(jié)點電壓狀態(tài)，并通過鄰居通信機制將更新后的節(jié)點電壓狀態(tài)廣播給鄰居節(jié)點；

30、各個節(jié)點根據(jù)接收到的鄰居節(jié)點電壓狀態(tài)，更新自身所存儲的鄰居節(jié)點電壓狀態(tài)，重復迭代直至滿足預設(shè)的迭代次數(shù)，得到全局最優(yōu)電壓控制補償數(shù)據(jù)。

31、在一種可選的實施例中，

32、構(gòu)建多芯片系統(tǒng)的通信拓撲圖模型包括：

33、采用基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖編碼器提取當前時刻多芯片系統(tǒng)的通信拓撲圖的特征表示，所述圖編碼器通過自注意力機制聚合節(jié)點特征和鄰域信息，并引入殘差連接和層歸一化操作增強節(jié)點特征表示能力，得到增強后的當前時刻圖特征表示；

34、將增強后的當前時刻圖特征表示與歷史軌跡信息輸入到基于注意力機制的軌跡更新模塊中進行融合，所述軌跡更新模塊通過位置感知注意力機制自適應(yīng)地聚合不同歷史時刻的圖狀態(tài)特征表示，并更新隱藏狀態(tài)，得到融合后的當前時刻隱藏狀態(tài)；

35、利用預設(shè)的基于transformer架構(gòu)的自回歸模型對融合后的當前時刻隱藏狀態(tài)進行解碼，所述自回歸模型通過多頭自注意力機制和位置編碼建模節(jié)點間的依賴關(guān)系，并使用邊預測注意力層聚合節(jié)點對的表示，預測生成下一時刻節(jié)點之間的連接概率，得到預測生成的下一時刻通信拓撲圖；

36、將下一時刻通信拓撲圖作為更新后的當前時刻多芯片系統(tǒng)的通信拓撲圖，使用圖編碼器提取其圖特征表示，并將提取到的圖特征表示加入到歷史軌跡信息中作為最新的歷史圖狀態(tài)特征表示，重復迭代直到滿足預設(shè)的迭代次數(shù)，得到最終的多芯片系統(tǒng)的通信拓撲圖。

37、在一種可選的實施例中，

38、根據(jù)優(yōu)化后的全局最優(yōu)電壓補償控制數(shù)據(jù)，控制各個芯片中的電源管理電路對芯片的供電電壓進行調(diào)節(jié)，并通過智能功率管理策略最小化供電電壓調(diào)節(jié)過程中的能量損耗，以實現(xiàn)多芯片系統(tǒng)的電壓波動補償包括：

39、在芯片內(nèi)設(shè)置多個電力路由單元，每個電力路由單元包括功率開關(guān)矩陣和控制器，利用控制器動態(tài)配置功率開關(guān)矩陣的開關(guān)連接狀態(tài)，構(gòu)建芯片內(nèi)部能量傳輸路徑，相鄰電力路由單元之間直接連通，通過控制相鄰電力路由單元的連接狀態(tài)，搭建覆蓋整個芯片的電力路由網(wǎng)絡(luò)；

40、將芯片劃分為多個區(qū)域，每個區(qū)域設(shè)置一個本地能量路由中心，區(qū)域內(nèi)電力路由單元與對應(yīng)的本地能量路由中心連接，逐級匯聚能量；基于樹形的拓撲結(jié)構(gòu)，在相鄰芯片的能量路由中心之間引入環(huán)形連接，最終得到多芯片系統(tǒng)的分層能量路由拓撲結(jié)構(gòu)；

41、基于多芯片系統(tǒng)的分層能量路由拓撲結(jié)構(gòu)，利用自適應(yīng)能量路由算法，獲取各芯片的能量供需狀態(tài)數(shù)據(jù)，基于獲取的能量供需狀態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間，將每個所述電力路由單元的可能路由動作定義為路由動作空間，以能量損耗作為即時獎勵函數(shù)；基于系統(tǒng)狀態(tài)空間、路由動作空間和即時獎勵函數(shù)，求解各系統(tǒng)狀態(tài)下的最優(yōu)路由動作序列，形成動態(tài)調(diào)整的智能功率管理策略；

42、引入跨芯片電壓均衡機制，在每個芯片上集成電壓傳感器，采集各芯片的實時電壓數(shù)據(jù)，通過電力路由網(wǎng)絡(luò)將采集的電壓數(shù)據(jù)共享至其他芯片，基于共享的電壓數(shù)據(jù)，計算各芯片間的電壓差異，并設(shè)定統(tǒng)一的電壓均衡閾值，計算各芯片節(jié)點的電壓數(shù)據(jù)相對于電壓均衡閾值的電壓偏移量；選擇電壓偏移量最大的芯片作為源芯片，電壓偏移量最小的芯片作為宿芯片；

43、根據(jù)得到的智能功率管理策略，規(guī)劃從源芯片到宿芯片的能量分配路徑，通過源芯片與宿芯片上對應(yīng)的電力路由單元中的功率開關(guān)矩陣，實現(xiàn)源芯片向宿芯片的定向能量傳輸，完成局部區(qū)域的電壓波動補償；

44、持續(xù)監(jiān)測各芯片的電壓水平變化，判斷各芯片的電壓水平是否均已達到電壓均衡閾值范圍內(nèi)；若否，則重復執(zhí)行局部區(qū)域的電壓波動補償步驟，直至所有芯片的電壓水平均達到電壓均衡閾值范圍內(nèi)，完成多芯片系統(tǒng)的電壓波動補償。

45、在一種可選的實施例中，

46、基于系統(tǒng)狀態(tài)空間、路由動作空間和即時獎勵函數(shù)，求解各系統(tǒng)狀態(tài)下的最優(yōu)路由動作序列，形成動態(tài)調(diào)整的智能功率管理策略包括：

47、引入資格跡和特征函數(shù)，通過q-learning算法更新能量路由策略，求解各系統(tǒng)狀態(tài)下的最優(yōu)路由動作序列，計算公式如下：

48、；

49、其中，q*(·)表示更新后的能量路由策略，q(st，at)表示在狀態(tài)st下采取動作at的與其回報值，α表示學習率，rt表示t時刻的即時獎勵，γ表示折扣因子，表示在t時刻之后的下一時刻的狀態(tài)采取最優(yōu)動作所對應(yīng)的能量路由策略，β表示資格跡衰減率，g表示特征函數(shù)的數(shù)量， εg(·)表示特征函數(shù)，dg表示第g個特征函數(shù)對應(yīng)的資格跡；

50、其中，以能量傳輸損耗作為即時獎勵函數(shù)，計算公式如下：

51、；

52、其中，r(s，d)表示從源芯片s到宿芯片d的能量損耗，作為即時獎勵，h表示電力路由單元數(shù)量，rh表示第h個電力路由單元的電阻，ih表示第h個電力路由單元的電流，th表示第h個電力路由單元的傳輸時間，μh表示第h個電力路由單元的能量傳輸效率，jh表示第h個電力路由單元的電流密度，j0表示電流密度的參考值，m表示功率開關(guān)的數(shù)量，vj表示第j個功率開關(guān)的電壓，ij表示第j個功率開關(guān)的電流，tj表示第j個功率開關(guān)的傳輸時間，μj表示第j個功率開關(guān)的能量傳輸效率，e表示底數(shù)，jj表示第j個功率開關(guān)的電流密度。

53、本發(fā)明實施例的第二方面，

54、提供一種用于芯片的電壓波動補償控制系統(tǒng)，包括：

55、第一單元，用于在多芯片系統(tǒng)的每個芯片上布置電壓傳感器和智能體，利用所述電壓傳感器采集所在芯片的局部電壓數(shù)據(jù)，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與相鄰芯片上的電壓傳感器進行數(shù)據(jù)交互，利用基于卡爾曼濾波的多傳感器信息融合算法將各個電壓傳感器采集到的局部電壓數(shù)據(jù)進行融合，得到多芯片系統(tǒng)的分布式電壓波動數(shù)據(jù)；

56、第二單元，用于根據(jù)所述分布式電壓波動數(shù)據(jù)，生成表征多芯片系統(tǒng)整體電壓分布的電壓波動分布圖，基于得到的電壓波動分布圖，利用自適應(yīng)調(diào)度算法動態(tài)調(diào)整各個電壓傳感器的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)上報頻率，同時利用各個電壓傳感器上設(shè)置的智能體，基于所述電壓波動分布圖和各個電壓傳感器的當前工作狀態(tài)，利用模型預測控制算法得到芯片級的電壓補償控制數(shù)據(jù)；

57、第三單元，用于利用基于共識機制的分布式優(yōu)化算法，將各個智能體所得到的電壓補償控制數(shù)據(jù)進行迭代融合和更新，直至滿足預設(shè)的迭代次數(shù)，得到全局最優(yōu)電壓控制補償數(shù)據(jù)，并利用在線學習算法對所述全局最優(yōu)電壓補償控制數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化后的全局最優(yōu)電壓補償控制數(shù)據(jù)，控制各個芯片中的電源管理電路對芯片的供電電壓進行調(diào)節(jié)，并通過智能功率管理策略最小化供電電壓調(diào)節(jié)過程中的能量損耗，以實現(xiàn)多芯片系統(tǒng)的電壓波動補償。

58、本發(fā)明實施例的第三方面，

59、提供一種電子設(shè)備，包括：

60、處理器；

61、用于存儲處理器可執(zhí)行指令的存儲器；

62、其中，所述處理器被配置為調(diào)用所述存儲器存儲的指令，以執(zhí)行前述所述的方法。

63、本發(fā)明實施例的第四方面，

64、提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序指令，所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)前述所述的方法。

65、在本實施例中，通過在每個芯片上布置電壓傳感器，并利用多傳感器信息融合算法，可以實時、準確地獲取整個多芯片系統(tǒng)的分布式電壓波動數(shù)據(jù)?；陔妷翰▌臃植紙D，系統(tǒng)能夠動態(tài)調(diào)整各個電壓傳感器的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)上報頻率。這種自適應(yīng)機制可以在保證監(jiān)測精度的同時，優(yōu)化系統(tǒng)資源利用。每個芯片上的智能體可以基于局部信息和全局電壓分布，計算出芯片級的電壓補償控制數(shù)據(jù)，這種分布式方法使得系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)局部電壓波動。通過基于共識機制的分布式優(yōu)化算法，系統(tǒng)可以將各個智能體的局部決策融合成全局最優(yōu)的電壓補償控制策略，確保了整個多芯片系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性得到全面優(yōu)化。利用在線學習算法對全局最優(yōu)電壓補償控制數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)優(yōu)化，使系統(tǒng)能夠不斷學習和改進其控制策略，適應(yīng)不同的運行條件和負載變化。通過智能功率管理策略，在進行電壓調(diào)節(jié)時最小化能量損耗，提高了整個系統(tǒng)的能量效率。通過精確的電壓監(jiān)測和智能補償，可以有效減少電壓波動對系統(tǒng)性能和可靠性的影響，提高整個多芯片系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了多芯片系統(tǒng)電壓的精確監(jiān)測、智能補償和優(yōu)化控制，大大提高了系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性和能效。