大數(shù)據(jù)應(yīng)用的涌現(xiàn),促使計算機提供更大容量的內(nèi)存。傳統(tǒng)動態(tài)隨機存儲器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)容量受限,且功耗大,無法滿足當(dāng)前應(yīng)用的需求。非易失性存儲器(Non-Volatile Memory,NVM)存儲密度高,沒有靜態(tài)功耗,但讀寫操作的延遲大、寫功耗高,寫耐受力差,通常與DRAM一起構(gòu)造大容量的異構(gòu)內(nèi)存。大數(shù)據(jù)應(yīng)用在地址轉(zhuǎn)換過程中通常也面臨著TLB(translation lookaside buffer)缺失率過高的性能瓶頸。使用大頁可以大幅提高TLB的覆蓋范圍,有效降低TLB缺失率。在平行結(jié)構(gòu)的異構(gòu)內(nèi)存上支持大頁存在著NVM大頁遷移開銷大以及細粒度數(shù)據(jù)遷移復(fù)雜的問題,而在層次結(jié)構(gòu)異構(gòu)內(nèi)存上支持大頁不存在大頁內(nèi)部細粒度數(shù)據(jù)遷移的困難。針對上述問題,設(shè)計了支持大頁和大容量DRAM緩存的層次化異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)(Supporting both Superpage and Large-capacity DRAM Cahce in hierarchical hybrid memory system,SSLDC)。SSLDC系統(tǒng)在DRAM和NVM之間使用直接映射,同時在DRAM緩存中使用4KB的大粒度數(shù)據(jù)塊管理粒度,減少了元數(shù)據(jù)的存儲開銷,使得元數(shù)據(jù)能直接放入片上高速緩存中,精簡的元數(shù)據(jù)使SSLDC系統(tǒng)可以支持大容量的DRAM緩存。為防止異構(gòu)內(nèi)存間大粒度的數(shù)據(jù)交換對帶寬造成壓力,設(shè)計了針對DRAM緩存缺失時會從NVM中取數(shù)據(jù)這一操作的緩存過濾機制,只有超過閾值的熱數(shù)據(jù)才能被緩存到DRAM中,減少了異構(gòu)內(nèi)存間的數(shù)據(jù)交換,從而減輕了帶寬壓力。此外還提出了一個基于內(nèi)存實時訪問信息的動態(tài)閾值調(diào)整策略,以靈活適應(yīng)應(yīng)用訪存特征的變化。實驗表明,SSLDC系統(tǒng)與使用大頁的純NVM內(nèi)存系統(tǒng)和緩存熱頁系統(tǒng)(Caching HOt Page,CHOP)相比分別平均有69.9%和15.2%的性能提升,并且與使用大頁的純DRAM內(nèi)存系統(tǒng)相比也平均只有8.8%的性能差距。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP333
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 異構(gòu)內(nèi)存上支持大頁的挑戰(zhàn)
    1.4 本文研究內(nèi)容
    1.5 論文框架結(jié)構(gòu)
2 支持大頁和大容量緩存的層次化異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)的設(shè)計
    2.1 系統(tǒng)的設(shè)計目標
    2.2 系統(tǒng)的設(shè)計思路
    2.3 總體架構(gòu)和工作流程
    2.4 本章小結(jié)
3 支持大頁和大容量緩存的層次化異構(gòu)內(nèi)存系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
    3.1 DRAM緩存的管理方式
    3.2 基于數(shù)據(jù)塊熱度的DRAM緩存過濾
    3.3 輕量級數(shù)據(jù)塊熱度監(jiān)測
    3.4 基于實時信息的動態(tài)閾值調(diào)整
    3.5 本章小結(jié)
4 實驗測試和結(jié)果分析
    4.1 實驗環(huán)境
    4.2 測試方法及測試基準
    4.3 性能測試
    4.4 能耗測試
    4.5 帶寬占用測試
    4.6 大頁的優(yōu)化效果
    4.7 敏感性測試
    4.8 系統(tǒng)開銷
    4.9 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀碩士期間申請的國家發(fā)明專利
附錄2 攻讀碩士期間參與的項目

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 冒偉;劉景寧;童薇;馮丹;李錚;周文;張雙武;;基于相變存儲器的存儲技術(shù)研究綜述[J];計算機學(xué)報;2015年05期

2 劉東;張進寶;廖小飛;金海;;面向混合內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)的模擬器[J];華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年05期

本文編號：2851629