基于资源优化的CMP体系结构研究

论文摘要

超深亚微米工艺的发展使集成电路进入了高度集成时代,高效合理地利用单个芯片上不断增加的晶体管成为计算机体系结构研究的一个热点。CMP处理器结构由于线程级并行度高、控制结构简单、高主频、开发验证周期短等优势,被认为是未来处理器发展的必然趋势。在对CMP处理器结构与相关技术研究的基础上,以结合SMT处理器结构的核内同时多线程CMP结构为基础,提出了基于资源优化的两级资源优化结构,即基于资源优化的核间线程动态迁移结构和核内线程选择取指结构。核间线程动态迁移通过线程动态迁移均衡各处理内核的线程负载,优化整个处理器资源的利用。核内线程选择取指通过相关的优先权机制控制单个处理内核的线程选择与取指,有效地减少指令队列阻塞,高效合理地提高核内资源的有效利用率。在对现有的同时多线程模拟器分析的基础上,设计并实现了基于两级资源优化结构的CMP模拟器,并对基于资源优化的CMP体系结构进行了性能测试,测试结果表明该结构具有较好的性能提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目标与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 处理器结构的发展
• 1.2.2 CMP体系结构
• 1.2.3 CMP结构的关键技术
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 CMP与SMT处理器体系结构
• 2.1 SMT处理器结构
• 2.2 CMP处理器结构
• 2.2.1 CMP处理器的分类
• 2.2.2 CMP处理器结构的优势
• 2.2.3 主流CMP处理器体系结构
• 2.2.4 CMP处理器的未来
• 2.3 SMT与CMP的比较
• 2.4 SMT与CMP的结合
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于资源优化的CMP处理器结构
• 3.1 系统结构框架
• 3.1.1 总体体系结构
• 3.1.2 Cache结构
• 3.1.3 核间通信机制
• 3.1.4 处理器流水线结构
• 3.2 两级资源优化结构的研究背景
• 3.2.1 核间资源优化
• 3.2.2 核内资源优化
• 3.3 两级资源优化结构的优化策略
• 3.3.1 核间线程动态迁移
• 3.3.2 核内线程选择取指
• 3.4 两级资源优化结构的设计与实现
• 3.4.1 核间线程动态迁移结构的设计与实现
• 3.4.2 核内线程选择取指结构的设计与实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统性能分析与评价
• 4.1 模拟器的设计与实现
• 4.1.1 单核模拟器simplescalar
• Sim'>4.1.2 SMT模拟器M_Sim
• 4.1.3 模拟器设计
• 4.2 测评指标的选择
• 4.3 性能测试程序的选择
• 4.3.1 基准测试程序
• 4.3.2 SPEC基准测试程序的选择
• 4.4 结果与性能分析
• 4.4.1 基于资源优化的核间线程动态迁移结构性能分析
• 4.4.2 基于资源优化的核内线程选择取指结构性能分析
• 4.4.3 综合性能评价
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢