To reduce the leakage power of inactive (dark) silicon components, modern processor systems shut-off these components' power supply using low-leakage transistors, called power-gates. Unfortunately, power-gates increase the system's power-delivery impedance and voltage guardband, limiting the system's maximum attainable voltage (i.e., Vmax) and, thus, the CPU core's maximum attainable frequency (i.e., Fmax). As a result, systems that are performance constrained by the CPU frequency (i.e., Fmax-constrained), such as high-end desktops, suffer significant performance loss due to power-gates. To mitigate this performance loss, we propose DarkGates, a hybrid system architecture that increases the performance of Fmax-constrained systems while fulfilling their power efficiency requirements. DarkGates is based on three key techniques: i) bypassing on-chip power-gates using package-level resources (called bypass mode), ii) extending power management firmware to support operation either in bypass mode or normal mode, and iii) introducing deeper idle power states. We implement DarkGates on an Intel Skylake microprocessor for client devices and evaluate it using a wide variety of workloads. On a real 4-core Skylake system with integrated graphics, DarkGates improves the average performance of SPEC CPU2006 workloads across all thermal design power (TDP) levels (35W-91W) between 4.2% and 5.3%. DarkGates maintains the performance of 3DMark workloads for desktop systems with TDP greater than 45W while for a 35W-TDP (the lowest TDP) desktop it experiences only a 2% degradation. In addition, DarkGates fulfills the requirements of the ENERGY STAR and the Intel Ready Mode energy efficiency benchmarks of desktop systems.


翻译:为了减少非活动(dark)硅部件的泄漏力,现代处理系统关闭了这些部件的电力供应,使用低漏漏晶晶体管,称为“电门”。不幸的是,电门增加了系统电力输送阻力和电压保护带,限制了系统的最大可达电压(即Vmax),从而限制了系统的最大可达电压(即Vmax),从而限制了CPU核心的最大可达频率(即Fmax)。因此,受CPU频率限制的系统(即Fmax- Contracted),如高端台式台式机等,由于电门而蒙受了巨大的性能损失。为了减轻这种性能损失,我们提议DarkGates是一个混合的系统结构,在满足其电效率要求的同时,提高了Fmax- Contract系统的最大可达电源频率(即Fmax) 。因此,DFload-G-D-D-D-D-D-D-S-D-S-D-S-I-S-S-S-S-S-S-D-S-D-D-D-S-IL-S-D-S-S-S-D-S-S-S-S-S-D-Sild-Sild-S-I-S-Sl-S-S-Sl-S-S-S-S-S-S-S-I-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-Sl-S-I-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-I-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-

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