當高性能處理器集成核數(shù)達到16-64個核及以上時,其本質(zhì)上已是一個TFlops的高性能并行計算機系統(tǒng)。芯片除了單獨工作,又有連成更大的計算機系統(tǒng)的需求。一般在互連通信研究上重視處理器間的連接,但實際系統(tǒng)設(shè)計中其突出的問題是如何協(xié)同處理多核互連和運行時存儲一致性。處理器核的連接需要協(xié)同分布式共享存儲器的訪問。在訪問存儲器時,保證多核存儲層次的一致性和效率占用了互連通信相當多的軟硬件資源,增加了運行中的延遲開銷,降低了并行計算的效率和系統(tǒng)的可擴展性。因此必須要把數(shù)據(jù)傳輸和存儲層次統(tǒng)一考慮,合理地處理好高速緩存的一致性。本文多角度分析應(yīng)用程序數(shù)據(jù)相關(guān)特性,明確多/眾核系統(tǒng)的性能瓶頸和優(yōu)化方向,對存儲子系統(tǒng)和互連子系統(tǒng)整體優(yōu)化,提高數(shù)據(jù)存儲、維護和通信的效率,降低硬件、時延和能耗開銷,提高系統(tǒng)效能。首先,本文對具有代表性的多線程應(yīng)用程序進行實驗分析,跟蹤統(tǒng)計多個維度的各項性能參數(shù),包括工作集大小、數(shù)據(jù)共享特性、數(shù)據(jù)局部性、數(shù)據(jù)線程親緣性、片上通信量、一致性維護等。通過分析各項性能參數(shù),應(yīng)用統(tǒng)計學方法分析特定性能參數(shù)的分布規(guī)律,理解各應(yīng)用程序?qū)Υ鎯Y源的需求、一致性維護的需求、通信需求,剖析不同... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１典型片上多核系統(tǒng)示意圖??從片外存儲器取得的數(shù)據(jù)依照某種算法確定存儲在哪個節(jié)點的共享緩存中

表修改（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ，簡寫為Ｍ）、獨占（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ，簡寫為巧、共享巧ｈａｒｅｄ，簡寫為??Ｓ）和無效（Ｉｎｖａｌｉｄ，簡寫為１）４種一致性狀態(tài)。數(shù)據(jù)的毎一份私有拷貝中化記錄著??這些狀態(tài)。目錄中的一致性狀怒轉(zhuǎn)換如圖１．３。數(shù)據(jù)第一次被訪問時從無效態(tài)轉(zhuǎn)??入獨占態(tài)，任何時候如果被修改都進入修改態(tài)。數(shù)據(jù)在獨占或修改態(tài)下只存在一??個私有拷貝，從而可！＾乂在本地進行修改，不存在與其它私有數(shù)據(jù)拷貝不一致的問??題。兩種狀態(tài)的區(qū)別在于獨占態(tài)數(shù)據(jù)是干凈的，被替換之后不需要將數(shù)據(jù)寫回到??外存。如果有其它核訪問獨占或修改態(tài)的數(shù)據(jù)，訪問者被加入共享者列表，同時??數(shù)據(jù)進入共享態(tài)。此時需要通知原本唯一的擁有者數(shù)據(jù)狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，避免該??共享者在本地直接修改數(shù)據(jù)，造成不同私有數(shù)據(jù)拷貝不一致。共享患的數(shù)據(jù)被讀??取時無需再通知其它共享者

２．２．研究內(nèi)容??研究針對的片上多核系統(tǒng)如圖２．１所示。該片上多核結(jié)構(gòu)包含多個節(jié)點，毎??個包含一個或多個核、私有高速緩存、最后一級高速緩存、Ｗ及片上互連接口等。??片上多核系統(tǒng)通常需要較大的片上存儲空間Ｗ保證足夠的內(nèi)存訪問帶寬。般來??說最后一級高速緩存采用地址輪轉(zhuǎn)的方式存波數(shù)據(jù)，于是發(fā)生本地私有緩沖缺失??時高速緩存控制器會發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息到該數(shù)據(jù)的宿主節(jié)點最后一級高速緩存??獲取數(shù)據(jù)。這種地址輪轉(zhuǎn)的映射方式實現(xiàn)簡單，是常用的做法，可Ｌ乂保證數(shù)據(jù)均??衡分布。在片上多核系統(tǒng)運行多線程程序時，要將并行執(zhí)行的線程分配到不同的??核上運行。一般來說，操作系統(tǒng)會采用簡單的順序映射方式分配線程，即０？ｎ??號線程分別順序分配到０？ｎ號核。當某個核上運行的線程需要使用存儲在其它節(jié)??點的數(shù)據(jù)時，就需要進行通信。????——＾?刊。Ｔｉｌｅ?１＾＾＾＾?Ｔｉｌｅ?１＾＾＾＾?Ｔｉｌｅ??１１—Ｉ?［?１?ｉ＼ｉ?０?ｎ?＾?ｎ?Ｉ?ｎ??ｉ?ＣＰＵ?ｄ，ｒｅｃｔｏｒｙ?｜?玄韋王??Ｉ?Ｉ??ｉ?？．?Ｔｉｌｅ?Ｌ?Ｊｌ＼＼ｅ?、?Ｔｉｌｅ??ｉ?４?５?６?７??Ｉ円可?口?Ｉ圧去ｔ去??ｊ?＊?＇??ｉ?！?Ｔｉｌｅ?Ｔｉｌｅ?Ｌ?ｌ?Ｔｉｌｅ?、?Ｔｉｌｅ??ｉ??＿＿＿ｊ｜ｉ?Ｙ?ｎ?三。＾門。??Ｉ?ｓｗｈｘｈ?１／?Ｘ?Ｘ?Ｉ?Ｘ??Ｉ?Ｉ?ｈ！?Ｔ１ｌｅｌ＿＾Ｋ?刊?ｅ?Ｔｉｌｅ??Ｌ?—?—一；?Ｕ?１３?１４?１５??圖２．１化路片上多核系統(tǒng)框圖??本章主要分析不同應(yīng)用程序數(shù)據(jù)相關(guān)的特征

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多核處理器目錄緩存結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 王恩東,唐士斌,陳繼承,王洪偉,倪璠,趙雅倩.  計算機研究與發(fā)展. 2015(06)
[2]2014年中國高性能計算機發(fā)展現(xiàn)狀分析與展望[J]. 張云泉.  科研信息化技術(shù)與應(yīng)用. 2015(01)
[3]數(shù)據(jù)密集型科學與工程:需求和挑戰(zhàn)[J]. 宮學慶,金澈清,王曉玲,張蓉,周傲英.  計算機學報. 2012(08)
[4]多核處理器的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J]. 黃國睿,張平,魏廣博.  計算機工程與設(shè)計. 2009(10)
[5]多核處理器及其對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響[J]. 謝向輝,胡蘇太,李宏亮.  高性能計算技術(shù). 2007 (04)

博士論文
[1]片上多處理器關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 顧雄禮.浙江大學 2011



本文編號：3338614