众核处理器核级冗余拓扑重构算法研究.pdf

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1、学校代号：10255学号：2121510众核处理器核级冗余拓扑重构算法研究ResearchonTopologyReconfigurationAlgorithmsforMany-CoreProcessorswithCore-LevelRedundancyMechanism专业：软件工程姓名：杨力导师：覃志东(副教授)答辩日期：2015.1东华大学计算机科学与技术学院CollegeofComputerScienceandTechnologyDonghuaUniversity东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是

2、本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书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，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华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。保密□，在年

3、解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日东华大学硕士研究生学位论文摘要众核处理器核级冗余拓扑重构算法研究摘要随着半导体技术进入纳米时代，受功耗、互连线延迟、设计复杂度等因素限制，芯片设计技术已从传统的高复杂度单核处理器模式转向在片上集成众多相对简单内核的模式；处理器设计进入了众核处理器时代。但是，一方面受生产缺陷、工艺偏差的影响，另一方面随着众核处理器芯片上内核数量的不断增加，这都将增加芯片上出现失效核的风险，进而导致芯片成品率降低。因此，如何提高芯片成品率已成为产业界和学术界的热点问题。核级冗余技

4、术是提高众核处理器成品率的一种有效方法。现有的行波列借拓扑重构算法是基于分级优化思想，把整体优化问题分解为以失效核为中心的局部优化问题，然后通过局部搜索失效核重构的最优解来求解整体优化问题的最优解。但是，其在局部邻域进行的是单向搜索，易导致搜索到的解并不是局部最优解，或者前一单元依次占用下一单元最优解而导致连锁列借操作。针对这种情况，本文构造了一种局部邻域双向搜索的优化行波列借算法，使得局部解更优并避免了连锁操作。实验表明，在失效核数目较多的情况下，本算法所得拓扑结构的性能要明显好于原有行波列借算法所得。为了满足众核系统在安全关键领域的适用需求，本文提出了以

5、可靠性为优化目标的众核处理器核级冗余拓扑重构模拟退火算法。该算法首先针对2D-Mesh拓扑结构的众核处理器进行了可靠性建模；并I东华大学硕士研究生学位论文摘要采用匕首抽样的蒙特卡洛方法进行可靠性仿真计算；最后采用模拟退火优化技术实现该众核处理器核级冗余拓扑重构算法。通过实验对比得出：当2D-Mesh网络中链路可靠性较高时物理拓扑结构对整个众核处理器可靠性的影响不大，因此在计算众核处理器可靠性时只需考虑处理器核节点的故障成团效应对系统可靠性的影响即可。实验还与当前以性能为优化目标的拓扑重构算法进行比较，结果表明在失效核数目较少时，新的算法可以大幅提高众核处理的

6、可靠性。本文对众核处理器核级冗余拓扑重构这一NP-Complete类问题实例进行了近似和启发式方法的求解尝试，获得的研究结果可为以性能和可靠性为优化目标的众核处理器核级冗余拓扑重构方案设计提供借鉴或支持。关键词：众核处理器；拓扑重构；行波列借；成团效应；可靠性II东华大学硕士研究生学位论文ABSTRACTRESEARCHONTOPOLOGYRECONFIGURATIONALGORITHMSFORMANY-COREPROCESSORSWITHCORE-LEVELREDUNDANCYMECHANISMABSTRACTAssemiconductortechnolo

7、gyenteredintothenanometerage,andduetorestrictingfactorssuchasthepowerconsumption,theinterconnectdelayandthedesigncomplexity,thechipdesigningtechnologyhasshiftedfromthetraditionalmodeofhighlycomplexuniprocessorstothatofmany-coreprocessors,whichischaracterizedbyintegratingagreatamoun

8、tofrelativelysimplerproces