片上多核系统高速缓存的功耗管控方法研究

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2、巷姓名李嵩措导教师袁正希研宛员独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名；全或日期：么。４年ｔ月Ｗ日论支使用授校本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定

3、，，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘学位论文的全。本人授权电子科技Ｗ允许论文被查阅和借阅大学可将、用印缩印或扫或分，可站采影描内容编入有关数据库进行检索部部、汇。复手段保存编学位论文等制）守此规定（保密的学位论文在解密后应遵：；＾签名者签堯导师名作ｉＷｔｋ：ｔ日．日月期年分类号密级注1UDC学位论文片上多核系统高速缓存的功耗管控方法研究（题名和副题名）李嵩（作者姓名）指导教师袁正希研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业通信与信息系

4、统提交论文日期2016年5月1日论文答辩日期2016年5月17日学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月27日答辩委员会主席文光俊评阅人注1注明《国际十进分类法UDC》的类号RESEARCHONCHIPCACHEPOWERCONSUMPTIONCONTROLMETHODOFMULTICORESYSTEMAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CommunicationandInformation

5、SystemAuthor:LisongAdvisor:YuanZhengxiSchool:CommunicationandInformationEngineering摘要摘要随着集成电路工艺的进步以及计算机技术的不断发展，片上多核处理器正逐步取代传统的单核处理器成为未来的主流。然而由于芯片集成度的提高，芯片的功耗密度也越来越大，功耗问题已经成为制约高性能处理器进一步发展的瓶颈。而cache作为连接cpu以及主存之间的缓冲区，其在系统的数据传输及存储中发挥着重要作用。而且由于cache面积的不断增加，其在片上多核系统

6、中所占的功耗比例也越来越大。因此降低cache的功耗对于优化整个片上多核系统的功耗有着至关重要的作用。本文从程序的访存特性入手来优化片上缓存的功耗问题。在程序运行的过程中，通过统计发现可以将缓存的访问分为协议访问和数据访问两种类型，而且其中协议访问占据了几乎一半的访问空间。因此，我们提出了一种软硬件协同的缓存功耗管控方案。该方案是基于现有管控方案中电压门控技术和缓存衰退机制之上改进的一种管控方案，该方案可以在满足程序性能约束的前提下，极大程度上降低系统的功耗。另一方面，在程序运行的过程中，通过跟踪线程的访存行为发现

7、有些线程私有的数据被映射到了离线程较远的地址空间上。该访问特性导致了访问延时的增加以及网络拥塞所引起的网络功耗的增加。因此本文提出了一种线程私有数据地址空间重映射的算法，在一定程度上实现了系统的性能及功耗的双重优化。最后，为了验证本文功耗管控方案的有效性，本文通过软件仿真器对该方案进行了仿真验证，同时也和现有的其他方案进行了对比。仿真结果表明，本文提出的方案可以在对系统造成低于3%的性能损失条件下，降低系统平均75%的功耗。此外，对多线程技术的优化运用到该方案上可以进一步降低系统约3%的网络功耗以及1%的性能损失。

8、关键词：片上多核系统，高速缓存，电压门控技术，多线程，访存特征;IABSTRACTABSTRACTWiththeadvancesinintegratedcircuittechnologyandthedevelopmentofcomputertechnology,multi-coreprocessorsonachipisreplacingtraditional