基于片上网络的众核高速缓存一致性研究

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1、／单位代码：１０３５９密级：公开２０？１５１１０８８２ＴＮ学号：分类号？４７ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ、硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲ’ＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ学术硕士）（基于片上网络的众核高速缓存论文题目：一致性研究学科专业：电磁场与微波技术作者姓名：张阿敏导师姓名：王春华副研究员杜高明副研究员完成时间：２０１８年４月Ｉ单位代码：10359密级：公开学号：2015110882分类号：TN47HefeiUniversityofTechnology硕士学位论文MASTER’S

2、DISSERTATION（学术硕士）论文题目：基于片上网络的众核高速缓存一致性研究学科专业：电磁场与微波技术作者姓名：张阿敏导师姓名：王春华副研究员杜高明副研究员完成时间：2018年4月合肥工业大学学历硕士学位论文基于片上网络的众核高速缓存一致性研究作者姓名：张阿敏指导教师：王春华副研究员杜高明副研究员学科专业：电磁场与微波技术研究方向：集成电路设计2018年4月ADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterResearchonMany-coreCacheCoherencybasedonNetworkonChipArchite

3、ctureByZhangAminHefeiUniversityofTechnologyHefei,Anhui,P.R.ChinaApril,2018致谢时间过得真快，还记得刚开始读研的时候，满怀憧憬和激情，仿佛要把研究生的每一天都安排的满满当当的。研究生三年的时光匆匆而过，仿佛趁你不注意，一下子把日历翻到了即将毕业的今天。这三年来，经历了人生的两件大事，多亏老师和同学们的帮助，我才得以顺利毕业，才能在这万木复苏的季节圆满的完成学业。在此，对他们所给与我的帮助，表示深深的感激。首先要谢谢我的导师王春华老师，是他在我与中科大失之交臂的时候，愿意给我继续读研的机会。也是

4、他，让我可以选择集成电路专业方向学习。其次，感谢我的联合培养导师杜高明老师。他认可了我，并带着我学习集成电路方向的知识。对于零基础的我，他一直不辞辛苦、诲人不倦的一点一滴教导我。非常感谢两位导师在整个研究生生涯中给我的支持和帮助，让我能够即将顺利毕业。然后，要感谢的就是和我“并肩作战”的师兄师姐们。在我刚开始研究生学习，对一切都是懵懵懂懂的时候，多谢带着我学习的师兄王家祥、王赵亮、杨欣和师姐曹舒婷。他们的耐心讲解使我可以一步一个脚印，踏踏实实的学习。在我可以自己做项目的时候，感谢师兄李向阳、郭晨阳、欧阳昊、丁亚和师姐宋平，他们对我学习和生活上的指导和建议，让我可以

5、逐渐成长起来，也能自己独当一面了。师兄师姐们认真做研究的学习态度是我学习的榜样。同时，还要感谢我的同学们，他们分别是马世碧、胡巧和吴树明。和他们一起学习，让我的科研生活更有趣更多彩。还有生活中陪伴我的曾凤姣、卫海燕、陆阳婷、张青春、周福祥、曲冬明和李坤等同学。最后还要感谢张永亮、胡国庆、曹一凡和吴雅奇等学弟学妹的帮助，他们的努力和上进也是我学习的对象。感谢微电子所的高明伦老师，他让人心生敬畏却又亲切。感激尹勇生老师，他的工作态度督促着我们前进。感谢张多利老师、宋宇鲲老师、邓红辉老师、王晓蕾老师、陈红梅老师和孟煦老师，感谢微电子学院李桢旻老师，在学习和生活上的指导和

6、帮助。还有木子一老师、胡剑老师和范阿姨在日常生活上的照料与关怀。最后，感谢一直在背后支持我的公公婆婆和父母，尤其是我的母亲，是她默默的支持陪伴我走到现在。感谢我的家庭，我的丈夫刘韶雷，我的女儿刘亦童。你们是我努力和前进的动力。作者：张阿敏2018年4月I摘要片上多核系统正逐渐由研究步向工程，高性能、低成本的系统是目前实际应用的迫切需求。伴随着核数的增加，多核乃至众核高速缓存一致性问题的关注度越来越高。基于总线的数据一致性及片上网络的数据一致性协议的研究已趋于成熟。但是基于双层架构的数据一致性仍有许多问题亟需解决，且实现整个系统的硬件电路较复杂，优化更变得难上加难。

7、对此，本文基于片上网络众核系统，研究混合架构数据一致性硬件电路设计技术。本文的主要工作如下：（1）基于片上网络双层架构的混合一致性针对片上多核系统高速缓存不一致性问题，设计完成一种基于片上网络的双层混合一致性硬件架构。根据多核所处架构不同，采用不同的数据一致性协议，以期可以达到更高的数据吞吐率。对于基于总线的多核高速缓存，采取总线监听协议，高效且迅速。对于片上网络的多核高速缓存，采用目录协议，不受网络大小影响且易于扩展。实验结果表明，基于片上的多核系统，使用双层架构的混合一致性可以有效的降低一致性的执行时间，平均降低48.5%。（2）提出一种兼顾全局及局部的数据一

8、致性协议在