Reclaiming the energy of a schedule: models and algorithms

We consider a task graph to be executed on a set of processors. We assume that the mapping is given, say by an ordered list of tasks to execute on each processor, and we aim at optimizing the energy consumption while enforcing a prescribed bound on the execution time. While it is not possible to change the allocation of a task, it is possible to change its speed. Rather than using a local approach such as backfilling, we consider the problem as a whole and study the impact of several speed variation models on its complexity. For continuous speeds, we give a closed-form formula for trees and series-parallel graphs, and we cast the problem into a geometric programming problem for general directed acyclic graphs. We show that the classical dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) model with discrete modes leads to a NP-complete problem, even if the modes are regularly distributed (an important particular case in practice, which we analyze as the incremental model). On the contrary, the VDD-hopping model leads to a polynomial solution. Finally, we provide an approximation algorithm for the incremental model, which we extend for the general DVFS model.Comment: A two-page extended abstract of this work appeared as a short presentation in SPAA'2011, while the long version has been accepted for publication in "Concurrency and Computation: Practice and Experience

Optimización del diseño de convertidores de potencia CC-CC

L'electrònica ha experimentat una gran evolució durant les últimes dècades. El número de dispositius i aplicacions electrònics ha augmentat exponencialment fins a convertir-se en elements indispensables de la nostra vida quotidiana. Concretament, en el campo de l’electrònica de potencia, els convertidores commutats CC-CC, àmpliament utilitzats en els sistemes d’alimentació d’ equips electrònics, requereixen d’una eficiència elevada. Així, en la tesis es presenta un nou mètode per al disseny de convertidors CC-CC que optimitza una funció objectiu no lineal amb restriccions no lineals. El model desenvolupat aborda, en la majoria dels casos, un problema que consisteix en el disseny òptim de mínimes pèrdues, es a dir, màxima eficiència. A pesar d’això, també es presenta, a mode d’exemple, el disseny òptim de convertidors maximitzant l’ample de banda. Es pretén mostrar així la facilitat amb que pot ser modificat el programa de disseny. El problema ha estat modelat com un programa de Programació Geomètrica per aprofitar les avantatges que ofereix l’optimització convexa.L'electrònica ha experimentat una gran evolució durant les últimes dècades. El número de dispositius i aplicacions electrònics ha augmentat exponencialment fins a convertir-se en elements indispensables de la nostra vida quotidiana. Concretament, en el campo de l’electrònica de potencia, els convertidores commutats CC-CC, àmpliament utilitzats en els sistemes d’alimentació d’ equips electrònics, requereixen d’una eficiència elevada. Així, en la tesis es presenta un nou mètode per al disseny de convertidors CC-CC que optimitza una funció objectiu no lineal amb restriccions no lineals. El model desenvolupat aborda, en la majoria dels casos, un problema que consisteix en el disseny òptim de mínimes pèrdues, es a dir, màxima eficiència. A pesar d’això, també es presenta, a mode d’exemple, el disseny òptim de convertidors maximitzant l’ample de banda. Es pretén mostrar així la facilitat amb que pot ser modificat el programa de disseny. El problema ha estat modelat com un programa de Programació Geomètrica per aprofitar les avantatges que ofereix l’optimització convexa.La electrónica ha experimentado una gran evolución en las últimas décadas. El número de dispositivos y aplicaciones electrónicas ha aumentado exponencialmente hasta convertirse en elementos indispensables en nuestra vida cotidiana. Concretamente, en el campo de la electrónica de potencia, los convertidores conmutados CC-CC, ampliamente utilizados en los sistemas de alimentación de equipos electrónicos, requieren de una eficiencia elevada. Así, en la tesis se presenta un nuevo método para el diseño de convertidores CC-CC que optimiza una función objetivo no lineal con restricciones no lineales. El modelo desarrollado aborda, en la mayoría de los casos, un problema que consiste en el diseño óptimo de mínimas pérdidas, es decir, máxima eficiencia. Sin embargo, también se presenta, a modo de ejemplo, el diseño óptimo de convertidores maximizando el ancho de banda. Se pretende mostrar así la facilidad con que puede ser modificado el programa de diseño. El problema ha sido modelado como un programa de Programación Geométrica para aprovechar las ventajas que ofrece la optimización convexa.The electronics has evolved greatly in recent decades. The number of electronic devices and applications has grown exponentially to become indispensable in our daily lives. Specifically, in the field of power electronics, the power converters DC-DC, widely used in supply systems of electronic equipment, require a high efficiency. Thus, the thesis presents a new method for the design of DC-DC converters to optimize nonlinear objective function with nonlinear constraints. The model developed presented, in most cases, a problem which consists in the optimum design of minimum losses. However, also presents the optimal design of converters maximizing bandwidth. And is intended to show how easy it can be modified the design program. The problem is modelled as a Geometric Programming problem to exploit the advantages of convex optimization

Methods for power optimization in SOC-based data flow systems

Whereas the computing power of DSP or general-purpose processors was sufficient for 3G baseband telecommunication algorithms, stringent timing constraints of 4G wireless telecommunication systems require computing-intensive data-driven architectures. Managing the complexity of these systems within the energy constraints of a mobile terminal is becoming a major challenge for designers. System-level low-power policies have been widely explored for generic software-based systems, but data-flow architectures used for high data-rate telecommunication systems feature heterogeneous components that require specific configurations for power management. In this study, we propose an innovative power optimization scheme tailored to self-synchronized data-flow systems. Our technique, based on the synchronous data-flow modeling approach, takes advantage of the latest low-power techniques available for digital architectures. We illustrate our optimization method on a complete 4G telecommunication baseband modem and show the energy savings expected by this technique considering present and future silicon technologies