發(fā)布時(shí)間：2018-11-19 17:11

【摘要】：隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，處理器朝著眾核方向發(fā)展，片上網(wǎng)絡(luò)逐漸取代總線成為核間通信的基礎(chǔ)架構(gòu)。新工藝的出現(xiàn)改變了片上的設(shè)計(jì)范式，使得在單芯片集成更多的處理器核成為可能。然而眾核系統(tǒng)運(yùn)行效率較低，尚有一系列的科學(xué)技術(shù)問題亟待解決。線程推測執(zhí)行可以大幅提高眾核系統(tǒng)的運(yùn)行效率，但同時(shí)也面臨著許多新問題，主要包括推測線程間數(shù)據(jù)依賴沖突檢測問題、片上網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估和設(shè)計(jì)問題等。本課題針對(duì)線程推測執(zhí)行中數(shù)據(jù)依賴沖突檢測的核心理論和設(shè)計(jì)技術(shù)問題進(jìn)行研究，為完善線程推測執(zhí)行中數(shù)據(jù)依賴沖突檢測提供堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，取得研究成果如下： 1.提出了一種數(shù)據(jù)依賴沖突檢測的有序鏈表優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。在分析一種典型數(shù)據(jù)依賴沖突檢測機(jī)制和運(yùn)行特征的基礎(chǔ)上，對(duì)用于全局?jǐn)?shù)據(jù)依賴沖突檢測硬件有序鏈表提出了改進(jìn)實(shí)現(xiàn)。該改進(jìn)實(shí)現(xiàn)融合了Cache實(shí)現(xiàn)機(jī)制和雙端口RAM的工作原理，使得鏈表快速查找和插入操作流水化和并行化，其結(jié)構(gòu)規(guī)整有利于VLSI實(shí)現(xiàn)。對(duì)類似于硬件有序鏈表等用于數(shù)據(jù)依賴沖突檢測的全局部件，推導(dǎo)了數(shù)據(jù)依賴沖突檢測性能分析公式。檢測性能分析公式針對(duì)不同的數(shù)據(jù)依賴沖突檢測和線程作廢方式，推導(dǎo)了推測線程重啟概率與內(nèi)存訪問頻率、處理器核數(shù)和推測線程存在數(shù)據(jù)依賴概率之間的解析方程。同時(shí)利用GCRA（Generic CellRate Algorithm）方程模擬推測線程訪存模型，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)演算相關(guān)理論，推導(dǎo)了全局檢測部件緩存和延遲上界公式。利用性能分析公式，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)確定了有序鏈表在不同線程派發(fā)情形下的最優(yōu)存儲(chǔ)配置和實(shí)現(xiàn)方式。 2.提出了一種基于SMP系統(tǒng)線程推測執(zhí)行的存儲(chǔ)一致性技術(shù)。存儲(chǔ)一致性技術(shù)利用L1Cache一致性協(xié)議解決數(shù)據(jù)依賴沖突檢測，采用L2Cache解決由于線程切換所引發(fā)的不可避免的Cache塊替換問題。一致性協(xié)議擴(kuò)展自MESI協(xié)議，通過多種技術(shù)途徑來去除集中式數(shù)據(jù)依賴沖突檢測的弊端。協(xié)議在L1Cache中增加存儲(chǔ)線程推測度的版本優(yōu)先級(jí)寄存器用于存儲(chǔ)線程推測度，通過版本優(yōu)先級(jí)寄存器解決推測數(shù)據(jù)版本比較問題。該技術(shù)利用數(shù)據(jù)寫令牌環(huán)標(biāo)記系統(tǒng)中推測線程對(duì)數(shù)據(jù)所做的最新修改，結(jié)合作廢向量寄存器記錄線程之間的RAW數(shù)據(jù)依賴，進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)依賴沖突檢測。如果來自總線的推測讀失效具有更高的推測度，L1Cache在取得數(shù)據(jù)的總線監(jiān)聽令牌環(huán)之后，根據(jù)處理器核ID更新作廢向量。線程作廢采用了延遲作廢機(jī)制以減少線程作廢重啟次數(shù)。此外，L1Cache根據(jù)推測線程不同執(zhí)行狀態(tài)增加推測執(zhí)行子模式，解決了由于線程作廢引起的數(shù)據(jù)依賴沖突檢測錯(cuò)位。針對(duì)推測線程切換和訪存特征，在L2Cache中設(shè)置分布-共享緩沖區(qū)以緩存被替換L1Cache塊。 3.提出了一種基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論的數(shù)據(jù)依賴沖突檢測報(bào)文通信性能分析方法。數(shù)據(jù)依賴沖突檢測報(bào)文主要是由Cache一致性事件所引發(fā)，通過將Cache一致性事件引發(fā)的信息流抽象成MMOO（Markov-Modulated On-Off）流，分析了在片上網(wǎng)絡(luò)有無多播支持的不同情形下報(bào)文通信性能，主要針對(duì)多播報(bào)文流在相鄰分支節(jié)點(diǎn)間傳播過程，利用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算基本理論推導(dǎo)出了中間路由節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)性能解析模型，即緩存上界和端到端延遲上界與節(jié)點(diǎn)歸一化處理能力和節(jié)點(diǎn)利用率之間的解析模型，，并提出了一種片上網(wǎng)絡(luò)中分析數(shù)據(jù)依賴沖突檢測報(bào)文的通信性能分析方法，最后利用該方法對(duì)傳統(tǒng)電信號(hào)片上網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。 4.提出了一種支持高效數(shù)據(jù)重估依賴檢測的片上光互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基于混合式鏈路交換通信網(wǎng)絡(luò)，利用廣播總線和光Token仲裁機(jī)制簡化了一致性協(xié)議的設(shè)計(jì)，在TorusNX拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)借鑒Corona體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想上增加蛇形光導(dǎo)通信環(huán)，在光交換器上增加新的光波導(dǎo)從而在片上光網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建出一條Cache一致性通信廣播總線，綜合采用波分復(fù)用方式提高片上光互連的通信效率和帶寬，著重解決了廣播總線光仲裁Token生成、傳遞和再生的問題，總線仲裁為推測線程提交增加高優(yōu)先級(jí)快速提交通道。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該片上光互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以很好的解決線程推測運(yùn)行中數(shù)據(jù)依賴沖突檢測，支持推測線程快速提交，使得數(shù)據(jù)依賴沖突檢測高效，并提高了非推測執(zhí)行應(yīng)用程序執(zhí)行性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP332

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本文編號(hào)：2342915