在 gem5 中建模功耗

我们将介绍的内容

• 功耗建模背后的思想
• MathExprPowerModel
• 一个示例

功耗建模

• gem5 支持基于”激活计数”的功耗模型
• 这类似于 McPAT/Wattch 等工具，但可以在 gem5 中完成
• 正确的常数很难找到
  • CACTI 是一种可能，但是…

例如

我们构建的是功耗模型，而不是能量模型。因此，不要忘记转换为瓦特而不是焦耳。

gem5 中的功耗模型

gem5 有一个通用的功耗模型，向 Python 暴露 getDynamicPower 和 getStaticPower 接口

每个 SimObject 可以为不同的功耗状态（例如，开启、关闭、时钟门控和 SRAM 保持）设置不同的功耗模型

还有一个使用 RC 电路模型的热模型。 今天我们不会讨论热模型。

参见 gem5/src/sim/power/

我们将使用 MathExprPowerModel，但你也可以创建自己的模型。 应该很快会有一个新的 PythonFunction 功耗模型。

MathExprPowerModel

我们将使用 MathExprPowerModel 参见 gem5/src/sim/power/MathExprPowerModel.py

这允许你为功耗模型指定一个数学表达式，就像我们之前看到的那样。

你可以使用统计信息、电压以及来自热模型的信息。

电压来自对象的电压域（在 ClockedObject 中指定）。

在进入示例之前的一些注意事项

我们（目前）不提供任何常数。

我们将看到一些变通方法，因为标准库不支持功耗模型。

这一点再怎么强调都不为过：使用功耗模型时要小心！

L3 缓存功耗模型

让我们从之前使用经典缓存创建的 L3 缓存开始。

以下是我们提供的一些代码

from m5.objects import PowerModel, MathExprPowerModel

class L3PowerModel(PowerModel):
    def __init__(self, l3_path, **kwargs):
        super().__init__(**kwargs)
        # Choose a power model for every power state
        self.pm = [
            L3PowerOn(l3_path),  # ON
            L3PowerOff(),  # CLK_GATED
            L3PowerOff(),  # SRAM_RETENTION
            L3PowerOff(),  # OFF
        ]

为”开启”状态添加功耗模型

class L3PowerOn(MathExprPowerModel):
    def __init__(self, l3_path, **kwargs):
        super().__init__(**kwargs)
        self.dyn = f"({l3_path}.overallAccesses * 0.000_018_000 \
                 + {l3_path}.overallMisses * 0.000_001_000)/simSeconds"
        self.st = "(voltage * 3)/10"

这个功耗模型使用了前面幻灯片中的方程。

我们从缓存中获取 “overallAccesses” 统计信息和 “overallMisses” 统计信息。

你可以查看 stats.txt 文件以了解所有可以使用的统计信息。

我们还除以模拟的秒数来计算瓦特而不是焦耳。（如果你想获得增量时间…祝你好运）

添加功耗模型

将以下代码添加到你的 cache_hierarchy 中。

    def add_power_model(self):
        self.l3_cache.power_state.default_state = "ON"
        self.l3_cache.power_model = L3PowerModel(self.l3_cache.path())

这需要在 board._pre_instantiate 之后但在 m5.instantiate 之前调用。标准库目前不支持此功能。

你需要获取 L3 缓存的”路径”，以便获取统计信息。 路径是对象的”完整名称”。 SimObject 有一个获取路径的函数，但它只在创建 Root 对象后有效。

运行代码

gem5 test-cache.py

查看 stats.txt 的输出

grep power_model m5out/stats.txt

board.cache_hierarchy.l3_cache.power_model.dynamicPower  2011.504302
board.cache_hierarchy.l3_cache.power_model.staticPower     0.300000
board.cache_hierarchy.l3_cache.power_model.pm0.dynamicPower  2011.504302
board.cache_hierarchy.l3_cache.power_model.pm0.staticPower     0.300000
board.cache_hierarchy.l3_cache.power_model.pm1.dynamicPower            0
board.cache_hierarchy.l3_cache.power_model.pm1.staticPower            0

缓存 2 千瓦？？？？？ 这似乎不对…