本文關(guān)鍵詞：面向多核共享內(nèi)存的低功耗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科技水平的不斷發(fā)展,人們對(duì)計(jì)算能力的要求也隨之增高,因此,片上多核處理器已經(jīng)成為主流處理器發(fā)展的趨勢(shì)。伴隨著片上多核處理器集成的核數(shù)越來越多,DRAM內(nèi)存系統(tǒng)承受的壓力越來越大。多核系統(tǒng)對(duì)主存芯片的容量、工作頻率和帶寬的需求不斷提高,使得內(nèi)存系統(tǒng)消耗的能量急劇增加。研究表明,DRAM內(nèi)存系統(tǒng)所占的功耗比例已經(jīng)超過40%,所消耗的功耗已經(jīng)接近甚至超過了處理器所消耗的功耗。DRAM內(nèi)存系統(tǒng)功耗已經(jīng)是制約將來CMP系統(tǒng)性能發(fā)展的主要的因素。另外,片上多個(gè)核之間的訪存請(qǐng)求交織在一起相互干擾,對(duì)共享的內(nèi)存資源的競(jìng)爭(zhēng)也逐漸加劇,這又進(jìn)一步惡化了這種趨勢(shì)。因此,如何在保證系統(tǒng)性能的前提下,實(shí)現(xiàn)內(nèi)存系統(tǒng)的低功耗,已經(jīng)成為目前亟待解決的問題。本文針對(duì)當(dāng)前共享內(nèi)存的多核系統(tǒng)優(yōu)化方案的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)目前的大多數(shù)方案主要是最大化系統(tǒng)性能、最大化公平性、最小化功耗等方面。大多數(shù)降低內(nèi)存功耗的方案主要是建立在犧牲系統(tǒng)性能或者公平性的基礎(chǔ)之上,這就像木桶理論,如果不能同時(shí)兼顧性能和功耗的優(yōu)化,單方面的優(yōu)化也并無實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。盡管摩爾定律推動(dòng)著處理器結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn),使得處理器的性能高速發(fā)展,但是內(nèi)存墻問題依然存在,而且這一問題隨著片上集成的核數(shù)的增多,會(huì)變得愈加嚴(yán)重。針對(duì)以上情況,為了提高系統(tǒng)性能,降低DRAM內(nèi)存系統(tǒng)功耗,本文首先提出了一種新型的存儲(chǔ)體劃分機(jī)制-動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)體劃分DBP(Dynamic Bank Partitioning)。DBP根據(jù)并行運(yùn)行的各個(gè)線程的訪存請(qǐng)求的特點(diǎn),結(jié)合各個(gè)線程對(duì)Bank數(shù)不同的需求,動(dòng)態(tài)地為其制定最佳的Bank劃分規(guī)則,代替了傳統(tǒng)的靜態(tài)的等量Bank劃分。DBP不僅有效地消除了線程間訪存請(qǐng)求的相互干擾,而且充分發(fā)揮了行局部性和Bank級(jí)并行性的優(yōu)勢(shì)。為了節(jié)省Bank資源,對(duì)于訪存不密集的線程,DBP并不為其分配專門的Bank。因?yàn)檫@類線程的訪存請(qǐng)求個(gè)數(shù)很少,對(duì)來自其他線程的訪存請(qǐng)求的干擾很小,故優(yōu)先處理這類線程的訪存請(qǐng)求并讓其平等地訪問內(nèi)存系統(tǒng)中所有的Bank。對(duì)于訪存密集但行局部性原理不明顯的應(yīng)用,DBP著重在這類應(yīng)用的Bank級(jí)并行性和行局部性原理這兩方面取得平衡,取得最大的收益。最后對(duì)于訪存密集且局部性原理強(qiáng)的應(yīng)用,DBP主要是消除這類應(yīng)用之間訪存請(qǐng)求的相互干擾,保留應(yīng)用原始的訪存請(qǐng)求的特點(diǎn),充分利用這些應(yīng)用的訪存局部性原理強(qiáng)的特點(diǎn)。第二部分工作,為了進(jìn)一步降低內(nèi)存功耗,提高系統(tǒng)性能,本文又提出了基于Bank劃分的自適應(yīng)頁策略。Bank劃分不僅有效地消除了不同核之間訪存請(qǐng)求的相互干擾,保留了并行運(yùn)行的多個(gè)應(yīng)用的訪存請(qǐng)求的原始特點(diǎn),并且充分挖掘了自適應(yīng)頁策略對(duì)降低功耗的潛在優(yōu)勢(shì)。在Bank劃分的基礎(chǔ)上,自適應(yīng)頁策略根據(jù)各個(gè)Bank所接收的訪存請(qǐng)求的特點(diǎn),動(dòng)態(tài)地為其分配最佳的頁策略,從而達(dá)到進(jìn)一步降低內(nèi)存功耗、提升系統(tǒng)性能的目的。為了精準(zhǔn)地評(píng)估實(shí)驗(yàn)方案對(duì)內(nèi)存功耗和系統(tǒng)性能的影響,本文采用Gem5全系統(tǒng)模擬器作為基礎(chǔ)架構(gòu)模擬平臺(tái),另外在Gem5內(nèi)部集成了內(nèi)存時(shí)鐘精確仿真器DRAMSim2,并用CPU SPEC2006測(cè)試程序驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)Bank劃分機(jī)制與傳統(tǒng)的Bank分配機(jī)制相比,混合組的內(nèi)存功耗最高降低了21.2%,平均降低了11.2%;同時(shí)系統(tǒng)性能最高提高了12.5%,平均提高了3%。而對(duì)訪存不密集的測(cè)試組,在保證性能的同時(shí),功耗平均降低了5.3%�；贐ank劃分的自適應(yīng)頁策略與傳統(tǒng)的單一的開放頁策略相比,內(nèi)存系統(tǒng)的功耗最高降低29%,平均降低8%;同時(shí)系統(tǒng)性能最高提高55%,平均提高20.4%。因此,本文提出的動(dòng)態(tài)Bank劃分機(jī)制和基于Bank劃分的自適應(yīng)頁策略無論是在降低系統(tǒng)功耗方面還是提升系統(tǒng)性能方面都有很大的提高。
【關(guān)鍵詞】：片上多核處理器 共享內(nèi)存 低功耗 Bank劃分 自適應(yīng)頁策略
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景和研究意義10-15
• 1.1.1 選題背景10-11
• 1.1.2 研究意義11-13
• 1.1.3 研究?jī)?nèi)容13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 訪存請(qǐng)求調(diào)度算法15-16
• 1.2.2 內(nèi)存資源劃分16-17
• 1.2.3 OS級(jí)的DRAM功耗管理17-18
• 1.2.4 頁管理策略18
• 1.3 論文的結(jié)構(gòu)安排18-20
• 第2章 多核處理器與DRAM內(nèi)存系統(tǒng)20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 多核處理器20-21
• 2.2.1 多核處理器架構(gòu)20-21
• 2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)21
• 2.3 DRAM內(nèi)存系統(tǒng)21-28
• 2.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)21-24
• 2.3.2 功耗模型24
• 2.3.3 頁管理策略24-27
• 2.3.4 訪存行為特征27
• 2.3.5 內(nèi)存劃分27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 第3章 面向低功耗的動(dòng)態(tài)劃分Bank方案30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 動(dòng)態(tài)劃分Bank策略設(shè)計(jì)30-36
• 3.2.1 DBP策略說明30-31
• 3.2.2 DBP策略工作流程31-36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析36-43
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境介紹36-37
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試集37-39
• 3.3.3 評(píng)估方法39-40
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)配置40
• 3.3.5 測(cè)試程序40-41
• 3.3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 基于Bank劃分的自適應(yīng)頁策略44-58
• 4.1 引言44
• 4.2 基于Bank劃分的自適應(yīng)頁策略設(shè)計(jì)44-51
• 4.2.1 Bank級(jí)并行性44-45
• 4.2.2 自適應(yīng)頁策略45-46
• 4.2.3 BPAPP工作流程46-51
• 4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析51-56
• 4.3.1 評(píng)估方法51-52
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)配置52-53
• 4.3.3 測(cè)試程序53
• 4.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-66
• 致謝66

  本文關(guān)鍵詞：面向多核共享內(nèi)存的低功耗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：453803