本文關鍵詞：STT-RAM緩存優(yōu)化策略的研究

  更多相關文章： 自旋轉移力矩磁性存儲器 高速緩存 數據遷移 寫能耗

【摘要】：Cache是計算機體系結構中處理處理器和內存讀寫速度差異的一個有效的功能部件,隨著半導體制造工藝的快速發(fā)展,傳統的以SRAM作為Cache的技術受到了存儲單元面積、靜態(tài)功耗等因素的限制。STT-RAM作為一種新型的非易失性的存儲材料,它有著低功耗、快速的讀速度、高密度、多級單元能力等特點。在當今高性能計算的時代,處理器的快速計算能力是毋庸置疑的,所以存儲器的性能就成為影響整個系統性能的主要瓶頸。而STT-RAM自從出現以來,一直被當作最有希望替代SRAM作Cache的存儲器材料。但是由于STT-RAM本身的寫速度比較慢,寫能耗也比較高,所以現在對STT-RAM的研究主要集中在降低STT-RAM Cache的寫延遲,提高系統的響應時間以及降低STT-RAM的寫能耗,從而進一步降低存儲系統的能耗。 本文根據STT-RAM的特性,首先分析了STT-RAM的幾個重要參數之間的關系,并給出了什么參數以及怎樣的參數的STT-RAM才能適合做LI Cache。然后,選擇了合適的數據保存時間。通過實驗,在設定的STT-RAM數據保存時間內,對L1Cache上數據塊訪存數據做分段統計,我們發(fā)現,在數據保存時間內的大部分數據塊的刷新是徒勞的。本文針對這個研究點,提出了基于計數器監(jiān)控的避免刷新的策略,分析了NRS策略的可行性并詳細的設計了計數器的整個監(jiān)控流程、數據處理流程以及每種出現情形的處理方法。實驗結果表明,該策略對寫次數的降低以及能耗的降低有明顯的作用,同時系統性能有1.5%的提升。 針對STT-RAM不同的數據保存時間的特性以及不同數據保存時間導致的寫能耗的差異性,本文采用了混合不同特性的STT-RAM作為L2Cache,將STT-RAM L2Cache分成寫延遲不同的兩個部分,對每個儲存部分的數據進行動態(tài)的監(jiān)測和管理。根據提出的STT-RAM L2Cache的架構,提出了相應的數據遷移管理策略,總的目的就是努力使讀寫特性不同的數據分塊存儲,從而降低L2Cache上的數據的寫次數,降低寫能耗。實驗結果表明,基于混合架構的STT-RAM L2Cache上的數據遷移策略的設計和采用SRAM L2Cache相比性能下降了2%。但是,和采用純STT-RAM的L2Cache相比,性能提升了6%。同時,本文的策略和文中實驗的基準策略相比,寫能耗有明顯降低。 綜上所述,本文通過NRS策略和OFMS策略對STT-RAM Cache進行寫操作和寫能耗的優(yōu)化,實驗結果表明,本文的優(yōu)化策略能有效降低STT-RAM Cache的寫能耗。
【關鍵詞】：自旋轉移力矩磁性存儲器 高速緩存 數據遷移 寫能耗
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題背景11-13
• 1.2 研究現狀13-14
• 1.3 研究動機14-16
• 1.4 主要工作16
• 1.5 結構組織16-18
• 1.6 本章小結18-19
• 第2章 STT-RAM緩存技術及相關工作19-26
• 2.1 NVM以及STT-RAM技術介紹19-21
• 2.2 STT-RAM相關研究工作21-24
• 2.3 當前STT-RAM研究存在的問題24-25
• 2.4 本章小結25-26
• 第3章 STT-RAM L1 CACHE的優(yōu)化策略的設計26-35
• 3.1 STT-RAML1 CACHE的性能優(yōu)化分析26-28
• 3.2 前期實驗設想與實驗驗證28-30
• 3.3 基于計數器監(jiān)控的STT-RAM L1 CACHE無刷新策略設計——NRS30-32
• 3.3.1 開銷分析30-31
• 3.3.2 數據塊的監(jiān)控31-32
• 3.4 DEAD數據塊處理(DDP)32-34
• 3.5 本章小結34-35
• 第4章 STT-RAM L2 CACHE的設計與優(yōu)化35-46
• 4.1 STT-RAM相比SRAM做第二級緩存的優(yōu)劣分析35-37
• 4.2 STT-RAM L2 CACHE儲存器結構設計37-41
• 4.3 STT-RAM L2 CACHE上的數據遷移策略OFMS(ONE-FIFTEEN MIGRATION STRATEGY)41-45
• 4.4 本章小結45-46
• 第5章 實驗設計與實驗結果分析46-55
• 5.1 實驗平臺和設置46-47
• 5.2 試驗結果的分析47-54
• 5.2.1 NRS策略的性能及能耗分析48-51
• 5.2.2 OFMS策略的性能以及能耗分析51-54
• 5.3 本章小結54-55
• 第6章 總結與展望55-57
• 6.1 總結55
• 6.2 未來展望55-57
• 參考文獻57-61
• 致謝61-62
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果62

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1 沈慶偉;微型計算機系統中Cache的結構及性能分析[J];安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版);2001年03期

2 潔兒;;想一步海闊天空——Cache設置與超頻[J];電腦自做;2001年09期

3 林柏雙;Cache性能和優(yōu)化的研究[J];引進與咨詢;2002年06期

4 舒輝,康緋;循環(huán)Cache命中率分析方法的研究與實現[J];計算機工程與應用;2002年01期

5 ;臺式機CPU:AMD ATHIONXP 3000+ L2Cache 的威力[J];新電腦;2003年03期

6 史文崇,屈艷華;利用Cache技術加快網絡響應速度[J];河北理工學院學報;2003年04期

7 馮建文,章復嘉;Cache實驗設計與實現[J];實驗技術與管理;2004年01期

8 劉方愛;程序的cache使用效率分析[J];計算機工程與應用;2004年05期

9 張震,饒光,唐戎;Web Cache技術及其在電信運營商中的應用[J];電信建設;2004年02期

10 孫元超,邵時;嵌入式移動數據庫的客戶機端Cache管理[J];計算機工程;2004年09期

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1 所光;楊學軍;;雙核處理器性能最優(yōu)的共享Cache劃分[A];2008年全國開放式分布與并行計算機學術會議論文集(上冊)[C];2008年

2 石文強;倪曉強;金作霖;張民選;;Cache動態(tài)插入策略模型研究[A];第十五屆計算機工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術論壇論文集（B輯）[C];2011年

3 汪騰;楊少軍;;一種高效的指令Cache的結構[A];中國聲學學會2001年青年學術會議[CYCA'01]論文集[C];2001年

4 ;Application of cache in Data Access Performance Optimization[A];2011年全國電子信息技術與應用學術會議論文集[C];2011年

5 李凡;李建中;何震瀛;;XML數據Cache策略研究[A];第二十二屆中國數據庫學術會議論文集（技術報告篇）[C];2005年

6 ;Research on WEB Cache Prediction Recommend Mechanism Based on Usage Pattern[A];中國電子學會第十五屆信息論學術年會暨第一屆全國網絡編碼學術年會論文集（上冊）[C];2008年

7 宋杰;欒影;王廣奇;于戈;王大玲;;OR-Cache:一種有效的對象-關系映射模型[A];第二十三屆中國數據庫學術會議論文集（技術報告篇）[C];2006年

8 張承義;郭維;周宏偉;;Cache漏流功耗的自適應優(yōu)化:動態(tài)容量調整[A];第十五屆計算機工程與工藝年會暨第一屆微處理器技術論壇論文集（B輯）[C];2011年

9 鄭涵;吳英;丁曉東;樂嘉錦;;基于Web的個性化智能Cache庫[A];第二十屆全國數據庫學術會議論文集（技術報告篇）[C];2003年

10 周旋;馮玉才;李碧波;孫小薇;;多服務器DBMS的Cache管理[A];數據庫研究與進展95——第十三屆全國數據庫學術會議論文集[C];1995年

中國重要報紙全文數據庫 前10條

1 上海 李超;什么是Cache[N];電腦報;2001年

2 徐春梅;國際品牌進入中國：適應是關鍵[N];中國經營報;2006年

3 劉昌勇;小緩存里的大學問[N];中國電腦教育報;2004年

4 超頻者;K7-650（0015）最新實超報告[N];大眾科技報;2000年

5 ;阿萌小辭典[N];電腦報;2004年

6 山東 黃家貞;富有個性的離線瀏覽器——CacheX[N];電腦報;2001年

7 中國計算機報測試實驗室 王炳晨;Duron抵京，，Thunderbird爭宏[N];中國計算機報;2000年

8 廣東 李鋒;妙用 Cache 優(yōu)化 Windows 2000[N];電腦報;2001年

9 巖公;電信網加速不難[N];中國計算機報;2003年

10 北京共創(chuàng)開源軟件股份有限公司 董孝峰;共創(chuàng)NC的設計與實現[N];中國計算機報;2004年

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1 周宏偉;微處理器中Cache漏流功耗的體系結構級優(yōu)化技術研究[D];國防科學技術大學;2007年

2 田新華;面向性能優(yōu)化的壓縮cache技術研究[D];國防科學技術大學;2007年

3 陳黎明;嵌入式微處理器中動態(tài)可配置Cache結構的研究[D];華中科技大學;2009年

4 付雄;利用程序分析和優(yōu)化提高Cache性能[D];中國科學技術大學;2007年

5 賈小敏;多核處理器片上Cache訪問行為分析與優(yōu)化機制研究[D];國防科學技術大學;2011年

6 唐軼軒;面向多線程應用的Cache優(yōu)化策略及并行模擬研究[D];中國科學技術大學;2012年

7 項曉燕;體系結構級Cache功耗優(yōu)化技術研究[D];浙江大學;2013年

8 所光;面向科學計算應用的多核處理器Cache劃分策略研究[D];國防科學技術大學;2009年

9 彭蔓蔓;體系結構級低能耗Cache和動態(tài)電壓縮放技術研究[D];湖南大學;2007年

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1 劉彬;基于路暫停方法的高性能低功耗Cache研究[D];湖南大學;2007年

2 李冬妮;嵌入式系統中低功耗Cache的重構技術研究[D];湖南大學;2012年

3 馮穎;可重構Cache體系結構和算法研究[D];西安電子科技大學;2008年

4 李黎;嵌入式系統中低功耗可重構Cache的分析與研究[D];上海交通大學;2006年

5 陳淑玉;低功耗高速片上緩沖存儲器（Cache）設計[D];復旦大學;2009年

6 曹飛;高性能DSP一級數據Cache控制器的設計與實現[D];國防科學技術大學;2009年

7 李曉麗;基于目錄協議的Cache結構設計[D];哈爾濱工程大學;2008年

8 姜難難;嵌入式處理器中Cache的研究與設計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

9 劉文佳;多核處理器Cache一致性研究與設計[D];哈爾濱工程大學;2010年

10 薛燕;Cache預測技術的研究[D];西北工業(yè)大學;2005年

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