Diseño de estrategias para la caracterización del consumo de la tarjeta Odroid-XU4 en la ejecución de aplicaciones multimedia

Desde la aparición de los primeros dispositivos portables, múltiples son los esfuerzos tecnológicos realizados en pos de aumentar la duración de su tiempo de autonomía, más si cabe cuando comienza el desarrollo de terminales móviles multimedia que consecuentemente producen un consumo energético mayor. Los avances en tecnología móvil de los últimos años, incluyendo las redes móviles como el 5G, que producen la masiva e inmediata disponibilidad de contenido multimedia, unidos a la proliferación de aplicaciones con alto contenido gráfico tales como videojuegos, redes sociales, plataformas de vídeo on-demand, provocan la necesidad de mejorar la duración del tiempo de autonomía de estos dispositivos. Aparte de los esfuerzos realizados por aumentar la capacidad de las baterías actuales mediante la introducción de nuevos materiales, procesos químicos o técnicas de almacenaje de carga, será crucial el desarrollo de técnicas que, a otros niveles, consigan la reducción del consumo derivado del uso de estas aplicaciones. En este sentido, tener un buen conocimiento de cómo algunos de los parámetros que gobiernan su ejecución afectan al consumo energético puede ser de gran ayuda. Este proyecto consiste en el diseño de estrategias para la caracterización del consumo de una plataforma de desarrollo de dispositivos móviles, Odroid-XU4, al ejecutar la descodificación de archivos multimedia. Para ello, se analizan los parámetros disponibles y cómo éstos afectan a la misma; se diseña la estructura de un banco de pruebas y sus interconexiones; se construye un software automático para la ejecución de las diferentes descodificaciones que permite la toma masiva de medidas de consumo energético; y se desarrolla un módulo para la representación gráfica de los datos que faciliten el análisis de los resultados obtenidos. El éxito en este desarrollo ha permitido evaluar el rendimiento energético para diferentes configuraciones propuestas de Odroid-XU4, y, en definitiva, establecer las relaciones existentes entre punto de trabajo en frecuencia, procesadores, núcleos e hilos de ejecución disponibles en este dispositivo. En total se utilizan quince secuencias de vídeo de prueba en cinco resoluciones espaciales distintas, sobre las que se ejecuta la descodificación para cada una de las configuraciones seleccionadas previamente, midiendo el consumo energético total para cada descodificación. El conjunto total de pruebas se lleva a cabo en tres ocasiones con el fin de aumentar la fiabilidad de los valores resultantes, ascendiendo el total de pruebas realizadas a 15390. En este proyecto se presentan los conocimientos teóricos necesarios para su desarrollo; las técnicas diseñadas como estrategias de caracterización y de toma de medidas; el proceso de construcción del banco de pruebas mencionado; y el flujo y estructura de los dos programas desarrollados, con el fin de automatizar y facilitar la ejecución y gestión de las pruebas. Por último, se realiza una valoración global del proyecto, se presentan los costes presupuestarios y se ofrece una idea de posible trabajo a futuro. Abstract: Since portable devices’ early days there have been numerous technological efforts in order to increase their battery life, even more when the development of multimedia mobile devices starts consequently producing a larger energy consumption. The most recent advances in mobile technology, including those of mobile networks such as 5G, which in turn raise the generalization and immediate multimedia content availability, along with the spread of high graphic content applications such as video games, social media or video-on-demand platforms, create the need to improve these devices’ battery-life expectancy. Aside from the technological efforts set on improving the current batteries’ capacity with the introduction of new materials, chemical processes or technics for charge storage, it will remain crucial the development of technics that, at several levels, achieve a power consumption drop when using this kind of applications. To this effect, knowledge about how some of the parameters that govern their execution affect their energy consumption can be of great help. This project aims to develop strategies to characterize Odroid-XU4 in the execution of multimedia-file decoding. With this purpose, the available parameters and how they impact the decoding process are analyzed; a hardware test bench and its interconnections are designed; an automatic software that allows the execution of the different video decoding tests and the energy consumption measurement is built; and a software module to represent the data graphically to ease the obtained-results analysis is developed. The success of this development has allowed the evaluation of the energy efficiency under the set of different configurations proposed for Odroid-XU4, and, eventually, the establishment of the existing relationships among the frequency operating point, processors, cores and threads which are available on this device. A total of fifteen test videos have been used in five different spatial resolutions, over which the decoding process has been executed for every and each configuration previously selected, measuring the total energy consumption for each decoding. The whole test ensemble has been conducted in three trials to improve the reliability of the resulting data, amounting the total of tests to 15390. This project shows the theoretical load necessary to its development; the technics designed as characterization strategies and the engineered measurement how-to; the aforementioned test bench building process; and the flow and structure of the two programs developed so as to automatize and to ease the proper test execution. At last, the project’s global assessment is shown, besides the budget costs, and a possible future work line is proposed