相变存储器的模拟及应用研究

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1、学校代号：10532学密号：S11102063级：普通湖南大学硕士学位论文相变存储器的模拟及应用研究诠塞提童旦期；2Q!垒生三月!窆旦诠塞簦整旦塑；2Q!垒生至旦三Q旦ResearchontheSimulationandApplicationofPhaseChangeMemorybyHUANGLianjunB．E．(HunanUniversity)2011AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsfIorthedegreeofMasterofEngineeringlnComputerScienceandTechnolo

2、gyintheGraduateSchoolofHunanUniVersitySuperVisorAssociateProfessorTANHuailiangMay，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：黄傅彳日期：锄竹年6月7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学

3、校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：导师签名：日期：≯f牛年6月7日日期：阋斗年6月7日相变存储器的模拟及应用研究摘要DRAM的可扩展性由于变得越来越差，逐渐接近极限，不能满足高性能计算机主存的大容量需求。相变存储器(PhaseChangeMemory，PCM)是一种新兴的非易失性字节寻址的存储器，有望成为DRAM的

4、一种替代产品。PCM相比DRAM具有更高的集成度、更低的静态功耗和非易失性优点，但是，PCM也存在有较大的读写延迟、有限的写寿命等缺点。这些问题阻碍了PCM的广泛应用。磨损均衡和硬件错误纠正是延长PCM寿命的有效方法。目前缺乏成熟的器件用于PCM的寿命研究，而用软件模拟PCM是一种有效的研究方法。本文研究PCM的寿命问题，主要包括以下两个方面的工作：研究并设计了一个内存trace驱动的PCM模拟器LPCMsim，可以模拟PCM的磨损均衡和纠错算法。LPCMsim读取内存trace产生请求，然后分别对内存trace进行磨损均衡或者纠错的模拟，最后统计分析并输出结果。我们提出了4种不同的

5、策略来解决PCM模拟中的准确性、复杂性和模拟速度的关键问题。第一，LPCMsim不模拟访问PCM的时间。第二，LPCMsim用模块化的设计思想，尽可能地将模拟器的主体功能与模拟的算法实现分开。第三，LPCMsim专注于PCM磨损均衡和纠错，直接模拟PCM内存的访问，去除不必要的模块和功能，不模拟CPU指令的具体执行过程。第四，LPCMsim分别针对不同的PCM纠错算法的模拟进行了不同的优化。实验结果显示，LPCMsim的模拟时间明显短于两个体系结构模拟器，它是一个高效的轻量级的PCM模拟器。针对PCM磨损均衡算法的在恶意攻击下寿命明显降低的问题，从两个方面改进传统的基于分区的Star

6、t．Gap算法的分区映射方法，称新的算法为多向Start．Gap算法。首先，它将分区的静态映射方式改为动态映射方式，使得映射关系无法计算，从而防止了攻击。其次，它将分区到分区的映射方式改为分区到全局空间的映射方式，使得一个逻辑地址可以映射到任何一个物理地址，从而提高了磨损均衡效果。我们在LPCMsim模拟器上实现了多向Start．Gap算法。实验结果显示，该算法有效地提高了磨损均衡效果，并且能够有效抵抗恶意攻击。关键词：相变存储器；模拟器；磨损均衡：纠错lI硕士学位论文AbstractAsthescalabilityofDRAMisreachingthelimitation，DRAM

7、cannotmeetthehighperformancecomputers’requirementforlargecapacitymemory．PhaseChangeMemory(PCM)isakindofemergingnol卜VolatilememoriesandisapotentiaIalternativeforDRAM．PCMhastheadvantageofbetterscalability’loweridlepowerandnon．volati