随着半导体制造工艺的不断改进,处理器的功耗迅速上升。功耗以热能的形式向外散发,使处理器的温度不断上升。处理器的工作温度超过阈值温度时,就会使处理器的工作变得不稳定,降低处理器的可靠性,甚至会发生物理损坏。因此温度已经成为处理器设计过程中的一个重要的考虑因素。为了解决这个问题,研究人员引入动态热管理技术(Dynamic Thermal management,简称DTM),以保证处理器的温度不会超过阈值温度。但是DTM技术会降低处理器的性能。片内多核处理器(Chip Multicore Processor,简称CMP)已经成为微处理器设计的主流。CMP同时运行多线程,消耗的功耗比超标量处理器的多,因此CMP中温度问题变得更为严峻。各种不同的降低处理器温度的方法应运而生:活动迁移、温度可知的OS调度、有效的温度扼杀机制、温度可知的布图规划、温度可知的编译等等。CMP以更高的性能,可通过线程调度,提高应用程序线程级的并行性、均匀地分配工作负载、增加了散热空间、降低了设计的复杂度。本文是从多核处理器芯片布局和线程映像的角度研究降低处理器温度的方法,以减少触发DTM的次数来提高处理器的性能,更好地发挥多核处理器潜在的性能。本文的主要工作如下:首先,根据热扩散模型对测试程序的分类方法进行了研究,并用这种方法对SPEC CPU2000测试集进行了分类。将26个测试程序按稳定状态时峰值温度的高低,分为热(Hot)、温(Warm)、冷(Cool)三类。然后进一步讨论了测试程序的热特征与程序行为之间的关系。实验结果表明,根据热扩散模型对测程序进行分类能够正确地反映出各类测试程序的热特征和程序行为。其次,采用旋转单核芯片布局的方法设计了热可知的多核处理器的芯片布局,并对芯片布局上运行的工作负载的峰值温度和平均温度进行了模拟计算,进一步研究了芯片布局与温度之间的关系。实验结果表明,在由旋转方法生成的四核处理器芯片布局上运行双线程、三线程、四线程时,峰值温度可分别降低0.31℃、0.09℃、0.36℃。再次,多核处理器上运行同一个工作负载的不同映像时,温度差可达3~4℃。因此,本文提出了一种均匀分布热量的映像生成算法,由该算法得出的映像与随机方法生成的映像进行比较。实验结果表明,该算法给出的映像温度接近随机方法生成映像的下界,这说明本文中提出的线程映像算法是有效的。