片上多处理器(Chip Multi Processor,CMP)已在越来越多的领域被关注及应用。随着半导体制造工艺持续进步,芯片的功耗密度与发热量也随之升高。因此,未来的多处理器芯片无法以最高频率同时激活所有内核的状态运行,从而导致暗硅(Da rk Silicon)。本文针对暗硅约束下的多处理器芯片,分别研究了处理器运算性能提升与安全性能优化的策略。主要内容如下:(1)介绍与讨论了片上多处理器优化所涉及的关键概念与技术本文介绍了热设计功耗与硬件安全两个概念,并讨论了运算性能优化中常用的动态电压频率缩放(Dynamic Voltage and Frequency Scaling,DVFS)、迸发式计算与任务映射技术以及安全性能优化中常用的木马检测、任务调度与噪声注入技术。(2)提出了基于迸发式计算的片上多处理器运算性能优化策略针对片上多处理器在迸发式计算中的运算性能优化问题,本文提出了一种新的运算性能优化策略。首先,本文分析了最佳计算模式(即最佳工作电压/工作频率)需要满足的约束。随后,本文通过严谨的数学推导证明了最佳计算模式的合理性。最后,本文设计了一种基于二分查找的最佳计算模式搜索算法,算法在给定热设计功耗与电压/频率等级后,可以自动搜索片上多处理器运行不同应用时的最佳工作电压与工作频率。仿真结果显示,本文提出的最佳计算模式,与现有的迸发式计算相比,在运算性能以及能耗效率上均有显著提升。(3)构建了基于任务映射的片上多处理器安全性优化方法针对片上多处理器的热边信道泄漏问题,本文提出了一种安全性映射算法。首先,本文对片上多处理器运行时的空间热量分布进行了分析。随后,在前述分析的基础上,本文结合片上处理器核的使用率、温度与位置信息构建了代价函数。最后,本文在上述代价函数的基础上,设计了一种分组映射算法,算法以最小化代价原则,在任务运行中动态地为线程分配执行处理器核。仿真结果显示,本文提出的安全性映射算法,与现有的映射算法相比,可以有效减少片上多处理器的热边信道泄漏。本文的结尾对文中所做的工作进行了总结,分析了这些工作中有待改进的地方,并对未来的工作进行了展望。