4 Mô phỏng và đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển tần số điện áp
2.5 Kiến trúc ALPIN [8]
Kiến trúc ALPIN gồm có tổng cộng sáu lõi IP và sáu bộ định tuyến đã được triển khai để tạo ra một ứng dụng cho truyền thông di động. Các lõi IP trên hệ thống này bao gồm: một lõi TRX-OFDM, hai lõi FHT (Fast Hartley Transform), một lõi MEM
(hoạt động như một bộ nhớ truy nhập trực tiếp), một lõi vi xử lý họ 80c51 và một lõi IP được sử dụng để đánh giá hiệu năng hoạt động của mạng (NOC-pref). Việc triển khai hai lõi FHT trên hệ thống mục đích là để đánh giá hai giải pháp điều khiển điện áp nguồn nhằm thay đổi năng lượng động được áp dụng trên chip này. Một mặt, một bộ chuyển đổi điện áp theo kiểu bust-boost sử dụng bộ biến đổi DC-DC được sử dụng để thay đổi điện áp nguồn cấp cho khối FHT2. Mặt khác, một kỹ thuật được gọi là LAVFS (Locally Adaptive Voltage and Frequency Scaling) sẽ được áp dụng cho các lõi TRX-OFDM, MEM, FHT1 để cho phép chuyển điện áp nguồn cấp cho các lõi này theo những chế độ khác nhau.
Bên cạnh đó, nhằm làm giảm mức tiêu thụ năng lượng tĩnh của hệ thống, một kỹ thuật được gọi là UCO (ultra-cut-off) [9] cũng được áp dụng để điều khiển các bộ chuyển công suất PMOS nhằm giảm thiểu dòng rò khi lõi IP hoạt động ở chế độ tạm ngừng hoạt động (stand-by mode). Ngoài ra, để giảm thiểu năng lượng tiêu thụ tĩnh gây ra bởi các dòng rò, các bộ định tuyến trong mạng cũng được thiết kế để tự động chuyển về chế độ ngừng cấp nguồn nếu như không có dữ liệu được chuyển qua nó.
Các chiến lược quản lý năng lượng của hệ thống sẽ được lập trình bởi CPU 80c51 thông qua một khối quản lý năng lượng (Low Power Manager) được tích hợp vào trong bộ phối ghép mạng. Tùy thuộc vào sự tương quan giữa hiệu năng hoạt động và năng lượng tiêu thụ mà quá trình điều khiển điện áp và tần số sẽ diễn ra trong suốt các hoạt động tính toán và truyền thông của từng lõi IP. Để điều khiển các lõi IP cũng như các bộ định tuyến quay trở lại hoạt động nếu chúng đang ở chế độ ngừng cấp nguồn, hai tín hiệu toàn cục được CPU sử dụng để điều khiển quá trình khởi động và hoạt động ngắt nguồn tại các lõi IP. Lúc này CPU sẽ nắm quyền điều khiển trực tiếp việc ngắt nguồn, cũng như quá trình tái khởi động các đơn vị trên hệ thống.
Để đảm bảo hiệu quả đối với quá trình DVS trong từng vùng điện áp riêng biệt, các quá trình điều khiển đều được triển khai thực thi ở mức phần cứng để giảm thiểu độ trễ (so với việc triển khai các quá trình điều khiển bằng phần mềm ở mức thấp). Bằng cách áp dụng phương pháp điều khiển PWM vào trong quá trình chuyển mức điện áp Vhigh vàVlow, quá trình DVS đảm bảo được hoạt động của các lõi IP vẫn diễn ra bình thường trong suốt quá trình chuyển mức điện áp.
2.2.1.2 Kiến trúc điều khiển năng lượng tự thích nghi trong ALPIN
Để có thể tích hợp quá trình điều khiển DVFS vào trong các lõi IP thì mỗi lõi này đều được bổ sung thêm một số khối chức năng nhằm tạo thành một đơn vị mạng hoàn chỉnh [10] (Hình 2.6).