多核处理器中NUCA搜索策略及性能评价技术研究

论文摘要

在工艺和应用的双重推动下,片上多核处理器成为当前高性能微处理器的发展趋势。多核对单芯片有限Cache、带宽等存储资源的竞争将进一步凸显访存的瓶颈,同时伴随着更加多样的目标应用,微体系结构研究采用的性能评价环境面临新的要求。本文的研究主要围绕多核处理器中存储层次——NUCA结构的性能优化和多核处理器的性能模拟技术展开,工作涵盖了结构逻辑设计和模拟平台建设两个方面。为了缓解多核对访存的压力,多核处理器普遍采用在片上集成大容量Cache的方式来提高存储系统的性能。本文研究了管理大容量片上Cache的NUCA技术,改进了用于片上多核处理器中NUCA结构的搜索策略。现有的搜索策略或承受着很大的性能损失或具有过高的存储空间要求。本文采用的策略基于Bloom Filter,是一种复杂性有效的搜索机制,有效的利用了晶体管的数量并且不需要更改基本的一致性协议。它降低了多核处理器NUCA结构的存储要求并对其性能也有所改进,对未来工作具有指导意义。随着处理器结构的发展和新应用的出现,采用全系统模拟将是今后微体系结构研究的必然趋势。本文研究了全系统环境下的多核处理器模拟技术,详细分析多核全系统模拟器GEMS的实现,并基于GEMS构建改进后的NUCA模型,为多核处理器研究提供可行的性能模拟与评估环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 半导体工艺发展对体系结构的影响
• §1.2 传统体系结构的局限
• §1.3 单芯片多核处理器
• §1.4 论文工作
• §1.5 论文结构
• 第二章 CMP片上存储层次
• §2.1 存储墙
• §2.2 互连线延迟
• §2.3 CMP存储层次设计
• §2.4 典型CMP的存储系统
• §2.5 多核处理器NUCA技术
• 第三章 CMP D-NUCA中的搜索策略
• §3.1 Bloom Filter
• §3.2 总体设计
• §3.3 Filter项的组织
• §3.4 Filter的详细设计
• 第四章 多核全系统模拟器GEMS
• §4.1 GEMS的设计方法
• §4.2 GEMS的整体结构
• §4.3 全系统环境的支持
• §4.4 处理器核模型Opal
• §4.5 存储系统模型Ruby
• §4.6 Cache一致性
• §4.7 相关讨论
• 第五章 搜索策略的性能分析
• §5.1 实验环境与方法
• §5.2 测试程序
• §5.3 性能结果与分析
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果