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基于SSA-RF的功耗预测

谢东东 张立军 严雨灵 柴永剑 马利军

谢东东,张立军,严雨灵,等.基于SSA-RF的功耗预测[J]. 微电子学与计算机,2023,40(6):109-116 doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0640
引用本文: 谢东东,张立军,严雨灵,等.基于SSA-RF的功耗预测[J]. 微电子学与计算机,2023,40(6):109-116 doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0640
XIE D D,ZHANG L J,YAN Y Y,et al. Power consumption prediction based on SSA-RF[J]. Microelectronics & Computer,2023,40(6):109-116 doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0640
Citation: XIE D D,ZHANG L J,YAN Y Y,et al. Power consumption prediction based on SSA-RF[J]. Microelectronics & Computer,2023,40(6):109-116 doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0640

基于SSA-RF的功耗预测

doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2022.0640
基金项目: 国家自然科学基金(61272105)
详细信息
    作者简介:

    谢东东:男,(1998-),硕士研究生.研究方向为集成电路设计与测试. E-mail:1476884285@qq.com

    张立军:男,(1971-),博士,研究员,博士生导师.研究方向为超大规模集成电路设计、嵌入式存储器设计和SOC测试以及网络集成电路设计

    严雨灵:男,(1994-),博士研究生.研究方向为机器学习和存算一体芯片

    柴永剑:男,(1998-),硕士研究生.研究方向为集成电路设计与测试

    马利军:男,(1995-),硕士研究生.研究方向为存储器设计

  • 中图分类号: TN407

Power consumption prediction based on SSA-RF

  • 摘要:

    随机森林具有训练速度快、不容易过拟合、易于实现等优点成功应用于各种领域. 针对在芯片设计后仿阶段需要对不同存储存储单元大小、电压、温度等情况进行功耗测试,并且测试一次的时间很长的问题,提出了一种基于麻雀搜索算法(SSA)与随机森林(RF)相结合的功耗预测方法. 首先,对14 nmSRAM后仿的单元库进行表征,找出合适的特征变量,得到特征数据后构建训练测试集;然后对特征变量进行特征重要性分析,按照特征重要性排序;最后使用随机森林模型进行回归预测,并引入了麻雀搜索算法以寻找出均方根误差最小时的模型参数. 与线性回归模型、支持向量回归模型等相比,SSA-RF收敛精度高并且训练速度快,SSA-RF模型的R2值为0.97左右. 此外,在数据量较少的情况下其R2的值也能达到0.95左右,构建了一个较好的预测模型,为减少功耗测试时间提供了一种可行的方案,可以为设计人员留下更多的时间去优化电路.

     

  • 图 1  随机森林算法原理

    Figure 1.  Principle of random forest algorithm

    图 2  电路整体布局

    Figure 2.  Overall circuit layout

    图 3  处理后的部分特征

    Figure 3.  Some characteristics after processing

    图 4  SSA流程

    Figure 4.  SSA Process

    图 5  实验流程

    Figure 5.  Experimental process

    图 6  SSA收敛曲线图

    Figure 6.  SSA convergence curve

    图 7  拟合曲线

    Figure 7.  Fitting curve

    图 8  预测曲线

    Figure 8.  Prediction curve

    表  1  实验的评估结果

    Table  1.   Evaluation results of the experiment

    评价指标第一次第二次第三次第四次第五次
    R20.9790.9830.9690.9730.966
    MSE322208316256303
    MAE2.582.232.582.322.42
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    表  2  不同模型评估结果对比

    Table  2.   Comparison of evaluation results of different models

    评价
    指标
    RF模型线性回
    归模型
    SVR模型贝叶斯回
    归模型
    多层感
    知机
    R20.9630.4360.2350.1690.454
    MSE3.75*10−51.03*10−30.8763.29*10−35.63*10−4
    MAE2.01*10−31.11*10−20.1973.73*10−21.08*10−2
    下载: 导出CSV

    表  3  不同训练集下模型的评价结果

    Table  3.   Evaluation results with small training data

    评价
    指标
    训练测试5∶1训练测试4∶1训练测试3∶1训练测试2∶1训练测试1∶1
    R20.9720.9730.9650.9650.955
    MSE299285332321427
    MAE2.432.412.492.643.09
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-10-13
  • 修回日期:  2022-10-27

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