动态电压调节（DVS）作为常见的数字芯片节能技能，已经大量运用于 CPU 或 GPU 等芯片中。由于 FPGA 独特的可编程硬件构造，它们的片上电路随运用的改变而改变，这为 FPGA 的动态电压调节带来了极大的困难。来自多伦多大学电子系的在读博士生赵舒泽为此提出了一种新的改进方案，有效地降落了芯片能耗并提升了性能。
赵舒泽，浙江大学电气工程学院电力电子方向学士，多伦多大学电子系硕士，多伦多大学电子系博士在读。研究方向为 LED 光通信，谐振变流器，变流器的数字掌握，以及电力电子在数据中央的运用。
分享提要：
FPGA的简介，FPGA的片上构造
FPGA的能耗
基于自丈量的FPGA动态电压调节（DVS）
分享内容：
大家好，我是赵舒泽，本日禀享的内容是硬件方面我们的一些研究成果。接下来首先为大家大略先容一下数据中央的构造以及能耗的问题，然后是关于 FPGA 的简介以及 FPGA 在能耗上的寻衅。末了为大家先容的是我们团队的研究成果，即如何在 FPGA 上实现动态电压的调节。
数据中央的能耗
近十几年，随着信息技能的发展，尤其是最近非常火的大数据、云打算、人工智能等这些方向的进展，数据中央作为这些实现这些运用背后的大脑，无疑也是经历了高速发展。随着数据中央的集成度，打算能力的提高，数据中央的能耗也一贯是一个非常棘手的问题。
以美国为例，2013 年数据中央的总能耗估计是 91 太瓦时（TWh），相称于一个中等国家（例如菲律宾）全国的总用电量。要办理能耗问题，首先要看一下一个数据中央有哪些用电负载。
可以大致总结为四类：IT 负载，包括做事器，存储设备，网络设备，交流机等；电能传输与转化，包括变压器，电缆，电源，UPS，配电单元等带来的损耗；冷却系统，包括空调，水冷系统，风扇等。其他，包括照明，办公室用电等。
数据中央的构造
「ATS 自动转化开关」的目的是：在电网涌现问题时，可以自动转换到柴油发电机组，这样可以担保负载端不会涌现断电的情形。
「中央 UPS」有两方面的浸染。一方面可以担保运送高质量的电能给IT负载，另一方面，在涌现断电的情形下，柴油发电机还须要一定的启动韶光，这段空档由 UPS 光降时供电，担保负载不会涌现断电的情形。
数据中央的能耗构造
每个数据中央的能耗实在很不同，这个图只是一个均匀值。IT 负载实在只占到 36% 的能耗，电能传输与转化大概占 11%。其他有一半能耗都是被冷却系统用掉的。也便是说为了冷却 IT 负载和电能传输与转化所产生的热能，须要花费等量乃至更多的能量来冷却数据中央，以担保正常事情。
如何降落IT负载中FPGA的能耗
FPGA 的中文名称为现场可编程逻辑门阵列。FPGA 在过去大量运用在消费电子产品，无线基站，军事，医疗等高端运用处所里，随着大数据，人工智能的快速发展，我们对做事器的相应速率的哀求不断提高，CPU 已经被证明不太适宜进行大量浮点运算，而 FPGA 的片上电路是可编程的，开拓韶光比较短，可以灵巧的支配并且可以实现大规模的并行打算。由于这些缘故原由，它开始被大量支配在数据中央里作为 CPU 的加速器，帮助数据处理以及打算，包括帮助网络通信等等。
FPGA的上风和劣势
对付 CPU/MCU 这样基于指令集的芯片来说，FPGA 有更大的灵巧性，其余由于它是可编程的，可用最大略的硬件架构来实现所须要的逻辑功能，因此更节省能源。
缺陷是，在和特种芯片 ASIC 比较，速率较慢，能耗更高。ASIC 芯片内部架构虽较为大略，不可以硬件编程，只能用来专门处理某一种功能，灵巧性最差，但是在实行某一种任务上的效率最高。
FPGA 芯片内部架构轻微繁芜一些，可以硬件编程，因而可以通过硬件编程措辞来改变内部芯片的逻辑构造，从而能够在供应一定灵巧性的同时，还能够担保较高的处理效率，算是在灵巧性和性能上取了个折中。
FPGA的片上构造
FPGA的发展
数字IC的功耗
动态电压调节
FPGA的关键路径
每个运用都有独特的关键路径
FPGA的运用流程
FPGA的的动态电压调节
我们的思路是： FPGA 有不愿定的片上构造，但是可以重复烧制。我们利用这个特点，把每一次的关键路径都提条件取出来，把这些关键路径单独烧制在 FPGA 上，先丈量这些关键路径的延迟有多少，测完后把这些数据放在片外的存储器里。之后再将FPGA烧入用户的运用，动态电压调节的掌握模块会从刚测到的数据中找到当前温度和频率下最低的供电电压是多少，然后电源按照这个电压来给 FPGA 来供电。
改进后的运用流程
完全的流程图解读请看视频回放。
实验装置
实验结论
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