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Development of a Real-Time Voltage Scaling System Enabling Minimum Energy Point Operation of Processors

Research Project

Project/Area Number 19K21531
Project/Area Number (Other) 18H06462 (2018)
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund (2019)
Single-year Grants (2018)
Review Section 1001:Information science, computer engineering, and related fields
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Shiomi Jun  京都大学, 情報学研究科, 助教 (40809795)

Project Period (FY) 2018-08-24 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords計算機システム / 省エネルギー / 低消費電力化 / スケジューラ
Outline of Research at the Start

本研究は,与えられた時間制約のもと,最小のエネルギーでプロセッサにアプリケーションを処理させるリアルタイム電圧制御システムを世界に先駆けて開発する.具体的には,(1) 稼働状況の変化に応じて最適な制御電圧を瞬時に決定する電圧最適化アルゴリズムを開発し,(2) 実行アプリケーションに応じて電圧をリアルタイムに最適化するスケジューラの開発を行う.本研究では制御電圧として電源電圧だけでなく基板電圧を取り扱う.プロセッサを常に最小のエネルギーで稼働させることで,従来手法と比べて大幅な消費エネルギーの削減を実現し,次世代情報基盤技術に大きな波及効果をもたらすことを目指す.

Outline of Final Research Achievements

This project aims to develop a real-time voltage scaling system enabling processors to operate with minimum necessary energy under given timing constraints. This project has developed (1) a voltage scaling algorithm that can determine the optimum pair of the supply and the back-gate voltages over a wide operating performance region ranging from the above-threshold region down to the sub-threshold region, and (2) a scheduling algorithm for integrating the voltage-scaling technique into the real-time OS. Two papers are published in international conferences/workshops. Two papers are published in domestic conferences. Two awards including SASIMI 2021 Best Paper Award are received.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

VDDとVBGの同時最適化により、従来アプローチ(VDDのみ制御)と比較して消費エネルギーを最大で半減できることを過去に実験的に明らかにしている。本研究課題においてVDDとVBGの同時最適化技術の実現可能性を高めるために、VDDとVBGの最適解を瞬時に導出するアルゴリズムと電圧制御システムを開発した。次世代の情報化社会においては、無数の集積回路デバイスがあらゆるヒトやモノに取り付けられ、自律的な情報通信・処理が行われる。本研究技術は集積回路デバイス全般に適用可能で、これらエンドポイントデバイスのバッテリ駆動時間改善や、膨大なIoTデータを処理するデータセンタの省電力化に貢献する基盤技術である。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020 2019

All Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (2 results)

  • [Presentation] Minimum Energy Point Tracking over a Wide Operating Performance Region2021

    • Author(s)
      Shoya Sonoda, Jun Shiomi, Hidetoshi Onodera
    • Organizer
      The 23rd Workshop on Synthesis And System Integration of Mixed Information technologies (SASIMI 2021)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamic Supply and Threshold Voltage Scaling towards Runtime Energy Optimization over a Wide Operating Performance Region2020

    • Author(s)
      Shoya Sonoda, Jun Shiomi, Hidetoshi Onodera
    • Organizer
      2020 IEEE International SOC Conference (SOCC)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 幅広い動作性能領域で最小エネルギー動作を実現する電源電圧としきい値電圧の動的決定手法2020

    • Author(s)
      園田翔也, 塩見準, 小野寺秀俊
    • Organizer
      DAシンポジウム2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] リアルタイム電圧最適化によるマルチタスク処理の消費エネルギー最小化2019

    • Author(s)
      塩見 準,石原 亨,小野寺 秀俊
    • Organizer
      組込み技術とネットワークに関するワークショップ (ETNET2019)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 最小のエネルギーで計算する電圧スケーラブルプロセッサ2019

    • Author(s)
      塩見 準
    • Organizer
      情報処理学会 第81回全国大会 IPSJ-ONE
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] Multi-Processor System-on-Chip 1: Architectures2021

    • Author(s)
      Liliana Andrade, Frederic Rousseau
    • Total Pages
      320
    • Publisher
      Wiley-ISTE
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Book] Multi-Processor System-on-Chip: Vol. 1 - Architectures2020

    • Author(s)
      Jun Shiomi, Tohru Ishihara
    • Total Pages
      28
    • Publisher
      ISTE Editions 2020
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-08-27   Modified: 2024-03-26  

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