本文關(guān)鍵詞：片上多核處理器軟錯誤問題的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷進(jìn)步,處理器的集成度越來越高,速度越來越快,而所需電壓越來越低,這些變化卻也使得處理器更容易受到高空環(huán)境中的高能粒子或者封裝材料中的Alpha射線引發(fā)的軟錯誤的攻擊。另一方面,隨著指令級并行技術(shù)遇上了性能瓶頸,采用線程級并行技術(shù)的片上多核處理器體系架構(gòu)成為了主流的處理器體系架構(gòu)。因此,圍繞著如何提高片上多核處理器應(yīng)對軟錯誤的可靠性,片上多核處理器的軟錯誤問題已經(jīng)成為體系結(jié)構(gòu)可靠性研究中的重要問題。 目前提高可靠性的體系結(jié)構(gòu)方法主要有三種：錯誤校驗(yàn)碼,冗余計算和易感性分析技術(shù)。這三種方法都已經(jīng)被用于解決片上多核處理器應(yīng)對軟錯誤的可靠性問題,但是都有所不足和局限。本文針對當(dāng)前冗余計算和易感性分析技術(shù)中存在的不足與局限展開了研究。 當(dāng)前主流的冗余計算技術(shù)存在以下不足：進(jìn)行軟錯誤檢測和恢復(fù)的粒度很大,為一個線程的整個生命周期,這樣不但不夠靈活,而且錯誤恢復(fù)的時候必須重新執(zhí)行整個線程,代價十分高昂。為了解決這個問題,本文提出了片上多核事務(wù)處理器體系架構(gòu)。片上多核事務(wù)處理器以事務(wù)為單位進(jìn)行軟錯誤檢測和恢復(fù),可以靈活配置一個事務(wù)由多少條指令組成,有效地解決了錯誤檢測和恢復(fù)的粒度過大的問題。其次,片上多核事務(wù)處理器提供了硬件支持的錯誤檢測和處理器狀態(tài)恢復(fù)。此外,為了減少軟錯誤檢測和恢復(fù)對處理器運(yùn)行性能的影響,本文在片上多核事務(wù)處理器的基礎(chǔ)提出了提前數(shù)據(jù)傳輸和預(yù)測事務(wù)執(zhí)行兩種優(yōu)化方案,能夠有效地減少軟錯誤檢測和恢復(fù)帶來的性能損失。 與片上多核處理器的其他部件相比,Cache占據(jù)了處理器芯片面積的絕大部分,因而,Cache也受到了最多的軟錯誤攻擊。另一方面,Cache是存儲層次結(jié)構(gòu)中極其重要的一層。因而,研究片上多核處理器Cache軟錯誤問題是片上多核處理器軟錯誤問題的關(guān)鍵。 當(dāng)前對片上多核處理器Cache的易感性分析僅僅局限于單核處理器Cache和使用MESI一致性協(xié)議的片上多核處理器。為了全面分析多種因素對片上多核處理器Cache的軟錯誤易感性的影響,本文修改了現(xiàn)有的Cache易感性分析模型：生命周期模型。使模型能夠適用于分析多種Cache一致性協(xié)議,并通過實(shí)驗(yàn)量化分析了多種因素對片上多核處理器Cache軟錯誤易感性的影響。最終,針對使用MOESI協(xié)議的片上多核處理器提出了一種優(yōu)化方案,在盡量減少性能損失的前提下降低了片上多核處理器Cache的軟錯誤易感性。
【關(guān)鍵詞】：片上多核處理器 軟錯誤 Cache 冗余計算 易感性分析
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 插圖清單11-12
• 表格清單12-13
• 第一章 . 緒論13-21
• 1.1 本文的研究背景13-17
• 1.1.1 片上多核處理器13-14
• 1.1.2 軟錯誤14-15
• 1.1.3 軟錯誤的應(yīng)對方法15-17
• 1.2 本文的研究內(nèi)容17-18
• 1.2.1 片上多核事務(wù)處理器17-18
• 1.2.2 片上多核處理器Cache軟錯誤易感性的分析與優(yōu)化18
• 1.3 本文的組織方式18-21
• 第二章 . 片上多核事務(wù)處理器21-35
• 2.1 相關(guān)工作21
• 2.2 片上多核事務(wù)處理器的體系架構(gòu)21-25
• 2.2.1 硬件事務(wù)處理的形式化說明22
• 2.2.2 事務(wù)處理器的體系架構(gòu)22-24
• 2.2.3 片上多核事務(wù)處理器的體系架構(gòu)24-25
• 2.3 使用片上多核事務(wù)處理器進(jìn)行可靠性計算25-27
• 2.4 片上多核事務(wù)處理器的性能分析27-30
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)工具簡介27-28
• 2.4.2 SimpleScalar配置28-29
• 2.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果29-30
• 2.5 片上多核事務(wù)處理器的性能優(yōu)化30-34
• 2.5.1 提前數(shù)據(jù)傳輸方案(Early Transfer Scheme)30-31
• 2.5.2 預(yù)測事務(wù)執(zhí)行方案(Speculative Transaction Execution Scheme)31-32
• 2.5.3 采用性能優(yōu)化方案之后的性能比較32-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第三章 . 片上多核處理器CACHE軟錯誤易感性的分析與優(yōu)化35-77
• 3.1 相關(guān)工作35-36
• 3.2 CACHE簡介36-37
• 3.2.1 地址映射和Cache存儲體的組織方式36-37
• 3.2.2 Cache替換算法37
• 3.2.3 寫策略37
• 3.3 片上多核處理器CACHE一致性問題37-46
• 3.3.1 片上多核處理器Cache一致性協(xié)議38-40
• 3.3.2 使用一致性協(xié)議的片上多核處理器架構(gòu)40-41
• 3.3.3 常用的一致性協(xié)議41-46
• 3.4 CACHE生命周期模型和CACHE易感性系數(shù)46-52
• 3.4.1 Cache生命周期46-47
• 3.4.2 Cache生命周期的階段劃分47-50
• 3.4.3 各階段易感性分析50-51
• 3.4.4 易感性系數(shù)(Vulnerability Factor,VF)51
• 3.4.5 階段占比(Phase Rate,PR)51-52
• 3.4.6 易感性系數(shù)和階段占比的關(guān)系52
• 3.5 實(shí)驗(yàn)平臺搭建52-54
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)工具簡介52-53
• 3.5.2 Gem5模擬器的配置53-54
• 3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析54-69
• 3.6.1 一致性協(xié)議對易感性的影響54-57
• 3.6.2 核數(shù)對易感性的影響57-59
• 3.6.3 替換算法對易感性的影響59-61
• 3.6.4 Cacheline大小對易感性的影響61-64
• 3.6.5 Cache大小對易感性的影響64-67
• 3.6.6 組相連地址映射路數(shù)對易感性的影響67-69
• 3.7 降低MOESI協(xié)議CACHE易感性的方法69-75
• 3.7.1 提前寫回方案70
• 3.7.2 提前寫回方案的評估70-73
• 3.7.3 提前寫回時間窗口大小的確定73-75
• 3.8 本章小結(jié)75-77
• 第四章 . 總結(jié)與下一步工作77-81
• 4.1 總結(jié)77-78
• 4.1.1 片上多核事務(wù)處理器的總結(jié)77-78
• 4.1.2 片上多核處理器Cache軟錯誤易感性的分析與優(yōu)化的總結(jié)78
• 4.2 下一步工作78-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85-87
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文87-88

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張浩;蘭峰;;多核處理器基本原理及其在汽車領(lǐng)域中應(yīng)用的展望[J];汽車科技;2007年03期

2 何軍;王飆;;多核處理器的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J];計算機(jī)工程;2007年16期

3 肖紅;;基于多核處理器系統(tǒng)開發(fā)中的幾個問題[J];廣東廣播電視大學(xué)學(xué)報;2007年04期

4 張健浪;;三大于二,多核CPU之田忌賽馬[J];新電腦;2008年06期

5 都思丹;;前言:嵌入式多核處理器系統(tǒng)及視頻信號處理技術(shù)研究進(jìn)展[J];南京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年01期

6 黃國睿;張平;魏廣博;;多核處理器的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J];計算機(jī)工程與設(shè)計;2009年10期

7 張戈;胡偉武;黃琨;曾洪博;王君;;片上多核處理器的結(jié)構(gòu)級功耗建模與優(yōu)化技術(shù)研究[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2009年12期

8 萬志濤;章恒;張若淵;;基于多核處理器的深度包檢測的實(shí)現(xiàn)和性能評估[J];電信科學(xué);2009年S2期

9 李晉惠;寇立濤;喬永興;;用軟件來提高多核處理器性能的方法分析[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;2010年01期

10 嚴(yán)婕;;針對多媒體應(yīng)用的多核處理器核間通信優(yōu)化[J];計算機(jī)應(yīng)用與軟件;2010年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭建軍;戴葵;王志英;;一種多核處理器存儲層次性能評估模型[A];第八屆全國信息隱藏與多媒體安全學(xué)術(shù)大會湖南省計算機(jī)學(xué)會第十一屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

2 彭林;張小強(qiáng);劉德峰;謝倫國;田祖?zhèn)?;一種挖掘多核處理器存儲級并行的算法[A];第15屆全國信息存儲技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

3 劉杰;馬彥;葉維;高劍剛;;多核處理器存儲體系分析[A];第十五屆計算機(jī)工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術(shù)論壇論文集（A輯）[C];2011年

4 潘送軍;胡瑜;李曉維;;多核處理器瞬態(tài)故障敏感性分析[A];第五屆中國測試學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

5 萬志濤;章恒;張若淵;;基于多核處理器的深度包檢測的實(shí)現(xiàn)和性能評估[A];中國通信學(xué)會信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會2009年年會論文集（上冊）[C];2009年

6 方娟;張紅波;;多核處理器預(yù)取策略的研究[A];2010年全國開放式分布與并行計算機(jī)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

7 何軍;王飆;;通用多核處理器發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢研究[A];第十五屆計算機(jī)工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術(shù)論壇論文集（A輯）[C];2011年

8 桂亞東;;高效能計算機(jī)技術(shù)展望[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

9 萬志濤;;基于多核處理器的面向時延敏感服務(wù)的云基礎(chǔ)架構(gòu)[A];中國通信學(xué)會信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會2011年年會論文集（上冊）[C];2011年

10 陳遠(yuǎn)知;;多核處理器的里程碑——TILE64[A];全國第三屆信號和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會專刊[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 曹繼軍 顏維琦;我國多核處理器研究實(shí)現(xiàn)新突破[N];光明日報;2012年

2 慶廣;多核處理器助力無線多媒體業(yè)務(wù)拓展[N];中國電子報;2009年

3 北京大學(xué)計算語言所副所長 詹衛(wèi)東;多核服務(wù)器：計算優(yōu)勢更上層樓[N];計算機(jī)世界;2005年

4 北京大學(xué)計算語言所副所長 詹衛(wèi)東;雙/多核服務(wù)器 計算優(yōu)勢更上層樓[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2005年

5 江南計算技術(shù)研究所 何正未;軟件滯后制約多核應(yīng)用[N];計算機(jī)世界;2006年

6 李梅　編譯;多核處理器新年井噴[N];計算機(jī)世界;2007年

7 英特爾產(chǎn)品與平臺市場部門數(shù)字家庭市場經(jīng)理 莊淳杰;多核將大行其道[N];計算機(jī)世界;2007年

8 本報記者 陳斌;多核處理器的未來路徑[N];計算機(jī)世界;2008年

9 王悅承;Oracle改變多核定價模式[N];中國計算機(jī)報;2006年

10 ;多核：技術(shù)無懸念應(yīng)用待拓展[N];計算機(jī)世界;2008年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王淼;面向多核處理器的并行編譯及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

2 魏海濤;面向多核處理器的數(shù)據(jù)流程序編譯關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2010年

3 呂海;多核處理器芯片計算平臺中并行程序性能優(yōu)化的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2012年

4 李建華;片上多核處理器緩存子系統(tǒng)優(yōu)化的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 杜建軍;共享高速緩存多核處理器的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2011年

6 陳銳忠;非對稱多核處理器的若干調(diào)度問題研究[D];華南理工大學(xué);2013年

7 鄧林;單芯片多核處理器存儲優(yōu)化技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

8 呂正;多核處理器存儲系統(tǒng)的驗(yàn)證方法研究[D];西北大學(xué);2013年

9 賴明澈;同步數(shù)據(jù)觸發(fā)多核處理器體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

10 李靜梅;多核處理器的設(shè)計技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 謝子光;多核處理器核間通信技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2009年

2 王興啟;多核處理器的有鎖編程與非阻塞算法研究[D];中原工學(xué)院;2011年

3 尤凱迪;高性能低功耗多核處理器研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

4 楊國芳;多核處理器核間通信技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

5 姚宗寶;多核處理器的加速比研究與熱設(shè)計[D];蘇州大學(xué);2012年

6 韓毅宏;多核處理器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

7 盛肖煒;多核處理器內(nèi)部核間通信研究[D];沈陽理工大學(xué);2013年

8 徐軍;多核處理器功耗和熱量模型研究及實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2009年

9 奚海波;并行編程技術(shù)在多核處理器上的研究與應(yīng)用[D];東北師范大學(xué);2010年

10 王雪梅;嵌入式多核處理器的仿真器設(shè)計[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：片上多核處理器軟錯誤問題的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：343140