同时多线程处理器关键技术研究

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1、东南大学硕士学位论文同时多线程处理器关键技术研究姓名：解玉洁申请学位级别：硕士专业：计算机科学与技术；计算机系统结构指导教师：杨全胜2012-06-03摘要同时多线程(SimultaneousMulti．Threading，SMT)技术结合了超标量处理器和多线程处理器二者的优点，每个时钟周期从同时运行的多个线程中取指令，充分挖掘了线程内的指令级并行性和线程间的线程级并行性，减少了指令槽的水平浪费和垂直浪费，极人的提高了处理器的指令吞吐率。本文对同时多线程关键技术中的取指策略和提高Cache利用率两大关键技术进行研究，充分挖掘这种体系结构

2、的潜在性能。在传统的取指策略中，可以分为两大阵营，一是致力于提高系统的吞吐率衙忽略了线程的公平性，另外一大阵营则致力于提高线程的公平性，而造成系统的吞吐率下降。本文结合系统吞吐率和线程公平性两个因素，在系统吞吐率和线程公平性之『白J寻找一个平衡点。另外，由于在同时多线程结构中，多个同时运行的线程对有限的Cache资源竞争，单个线程的Cache失效率将会大幅地增加，从而导致线程的推进速度下降，影响系统的指令吞吐率，因此提高Cache的利用率对提高系统的指令吞吐率有着重要的影响。本课题将提高数据Cache的利}

3、j率作为第二个研究点。论文首

4、先设计实现了基于系统指令吞吐率和线程公平性双重优先级的取指策略DPFP，实现了平衡系统指令吞吐率和线程公平性的算法和线程选择算法。其次，设计与实现了一‘种简单的数据Cache压缩技术，基于删除数据的冗余符号扩展位的方法，将物理数据Cache行分为可压缩Cache行和不可压缩Cache行。该压缩技术以一个物理Cache行为压缩单位，在数据装载到数据Cache时，将可压缩的物理Cache行以压缩格式存储在数据Cache中，将不可压缩的物理Cache行以非压缩格式存储在数据Cache中，在发生数据Cache失效需要进行数据Cache替换时，将

5、充分的利用压缩Cache行的特点，进一步提高数据Cache的潜在容量。同时提出一种简单的针对该压缩数据Cache结构的替换策略。本文利用SMT模拟器，选取MiBench和SPLASH．2测试程序集，实验分析了不同的取指策略对处理器性能和线程公平性的影响，并对本文所设计实现的数据Cache压缩技术进行了性能测试。关键词：同时多线程、取指策略、数据Cache压缩、线程公平性AbstraetAbstractSimultaneousMulti．Threadingisacombinationoftheadvantagesofbothsupersc

6、alarprocessorandmulti-threadingprocessor．Itsupportstheschemeoffetchinginstructionsfromseveraldifferentthreads，anditreducesthehorizontalwasteandverticalwasteofinstructionslotsbyfullyexploitingpotentialitiesofinstructionlevelparallelismwithinathreadandthreadlevelparallelis

7、mamongseveralthreads．Therefore，itgreatlyimprovestheinstructionthroughputoftheprocessor．Themainpointsofthisthesisittostudythekeytechnologiesofsimultaneousmulti-threadingprocessor,whichincludesinstructionfetchingpolicyandCacheutilizationimprovement．ThegoalofthisthesisistOe

8、xploitthepotentialitiesofthesimultaneousmulti．threadingarchitecture．Inthetraditionalinstructionfetchingpolicies，therearetwostudycamps．Thefirstoneaimstoimprovingtheinstructionthroughputoftheprocessor,butmostofthesestudieswouldneglectthefairnessofeachrunningthreads．Andthes

9、econdoneistoimprovethefairnessofthreadSwitht11edefectofinstructionthroughputdowngrade．Thisthesistakesbo