【摘要】： 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)持續(xù)以指數(shù)級地發(fā)展,處理器芯片上集成的資源將大量地增加,如何有效利用這些資源成為發(fā)揮處理器性能的關(guān)鍵。同時多線程(SMT)處理器通過同時執(zhí)行來自多個線程的指令利用了線程級并行和指令級并行,其細(xì)粒度的資源共享和操作延遲隱藏為處理器帶來較好的性能提升。然而同時多線程環(huán)境中,線程競爭共享資源勝過分享資源,不合理的資源競爭將會導(dǎo)致共享資源的阻塞、濫用和浪費(fèi)。資源共享控制的合理性決定了處理器的吞吐量和線程間的公平性。隨著處理器和存儲器之間性能差距的增大,片外訪存操作的長延遲將造成SMT處理器上越來越明顯的資源阻塞和資源濫用。另外,各線程在競爭共享資源的過程中隨著程序行為的變化表現(xiàn)出變化的資源需求,適應(yīng)性不強(qiáng)的資源共享控制策略將很難持續(xù)地提供優(yōu)化的資源分配方案。這些問題使如何合理地控制SMT處理器資源在線程之間的共享顯得尤其重要。 圍繞上述問題,本文在深入研究分析相關(guān)工作的基礎(chǔ)上,從避免長延遲load依賴指令阻塞共享資源、利用計(jì)算訪存并發(fā)性有效隱藏片外訪存長延遲、增強(qiáng)資源共享策略對程序行為變化的適應(yīng)性、以及避免控制決策運(yùn)算影響關(guān)鍵流水線路徑這四種途徑展開研究,并提出了相應(yīng)的同時多線程處理器資源共享控制策略,通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各策略的有效性。主要取得以下研究成果。 (1)為避免長延遲load依賴指令阻塞共享資源,提出了長延遲load感知的SMT處理器指令派遣策略DSTALL和DSTALLp。該策略在流水線的派遣階段實(shí)施停止派遣控制決策,根據(jù)檢測到的或預(yù)測到的二級Cache失效信息決定是否停止派遣線程的指令到指令隊(duì)列。通過避免已取指的長延遲load依賴指令在檢測到長延遲load后繼續(xù)阻塞資源,以及縮短控制決策反饋信息利用延遲的方式,減少了長延遲load給SMT處理器資源共享帶來的負(fù)面影響。 (2)針對隱藏片外訪存長延遲的問題,提出了利用計(jì)算和訪存操作并發(fā)性的SMT處理器資源劃分策略ECMC。它從SMT處理器利用線程級并行隱藏長操作延遲的本質(zhì)特性出發(fā),周期性地根據(jù)線程計(jì)算型訪存型操作并發(fā)能力來調(diào)整共享資源在各線程之間的劃分,為在計(jì)算操作與片外訪存操作并發(fā)性方面表現(xiàn)較好的線程分配更多的資源,提高了執(zhí)行時鐘上的計(jì)算操作與訪存操作并發(fā)率,較有效地隱藏了Cache失效load操作的長延遲。 (3)為了避免資源分配優(yōu)化過程陷入局部次優(yōu)空間,增強(qiáng)在變化的程序行為中持續(xù)優(yōu)化的能力,提出了一種空間觸發(fā)的耗散式SMT處理器資源分配策略SDRD。該策略的分配優(yōu)化自組織機(jī)制和分配空間上觸發(fā)的混沌協(xié)同工作,通過控制資源分配方案的相似度使資源分配方案能逃離局部極優(yōu)方案,為程序行為變化的不同階段提供持續(xù)的資源分配優(yōu)化。在僅以吞吐量為目標(biāo)的情況下,同時照顧了吞吐量和公平性性能。 (4)提出了SMT處理器上非關(guān)鍵路徑資源分配器設(shè)計(jì)模型NCPRD。該模型使資源分配模塊獨(dú)立于處理器關(guān)鍵流水線路徑,以避免資源分配在關(guān)鍵流水線路徑上的開銷給處理器性能帶來不可忽略的影響。NCPRD的異步工作模式對于時鐘開銷較明顯的SMT處理器隱式資源共享控制策略也具有參考意義。
【圖文】：

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本文編號：2685969