面向大数据应用的众核处理器缓存结构设计.pdf

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1、CN431258／TP计算机工程与科学第37卷第1期2015年1月1SSN1OO7—13OXComputerEngineering＆ScienceVo1．37。No．1，Jan．2015文章编号：1007—130X(2015)O卜0028—08面向大数据应用的众核处理器缓存结构设计万虎，徐远超。，孙凤芸，闫俊峰(1．首都师范大学信息工程学院，北京100048；2．中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室，北京100190)摘要：大规模数据排序、搜索引擎、流媒体等大数据应用在面向延迟的多核／众核处理器上运行时资源利用率低下

2、，一级缓存命中率高，．2-级／三级缓存命中率低，LLC容量的增加对IPC的提升并不明显。针对缓存资源利用率低的问题，分析了大数据应用的访存行为特点，提出了针对大数据应用的两种众核处理器缓存结构设计方案，两种结构均只有一级缓存，Share结构为完全共享缓存，Partition结构为部分共享缓存。评估结果表明，两种方案在访存延迟增加不多的前提下能大幅节省芯片面积，其中缓存容量较低时，Partition结构优于Share结构，缓存容量较高时，Share结构要逐渐优于Partition结构。由于众核处理器中分配到每个处理器核的容量有限，因此

3、Partition结构有一定的优势。关键词：众核处理器；大数据应用；缓存设计；访存行为；数据中心中图分类号：TP316文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—130X．2O15．01．005Cachestructuredesignforbigdataorientedmany-coreprocessorWANHu，XUYuanchao，SUNFeng—yun，YANJun—feng(1．CollegeofInformationEngineering，CapitalNormalUniversity，Beijing1

4、00048；2．StateKeyLaboratoryofComputerArchitecture，InstituteofComputingTechnology，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Somebigdataapplicationssuchasdatasorting，searchengine，streamingmediarunningonthetraditionallatency—orientedmulti／many—coreprocessorarei

5、nefficiency．ThehitrateofL1CacheishighwhilethatofL2／L3CacheisrelativelOWandIPCisnotsensitivetoLLCcapacity．Toaddressthelowutilizationissueofcacheresources，weanalyzethememoryaccesspatternsofbigdataapplica—tions，andthenproposeanoptimizationmethodofcachestructureformany—cor

6、eprocessor．BoththetwostructuresonlyhaveL1cache，whileoneisfullysharedcachestructure，andtheotherispartlysharedcachepartitionstructure．Theevaluationresultsshowthatthesetwoschemescansignificantlysavechipareaatthecostofslightlyincreaseofmemoryaccess．Whencachecapacityislow，t

7、heparti—tionstructureissuperiortothesharestructure．Ascachecapacityincreases，thesharestructurewillgraduallybecomesuperiortothepartitionstructure．Formany—coreprocessors，thecapacityassignedtoeachprocessorislimited，thusthepartitionstructurehascertainadvantages．Keywords：man

8、y—coreprocessor；bigdataapplication；cachedesign；memoryaccessbehavior；dataCenter收稿El期：2014—0517；修回日期：2014—10—20基金项目：北京市