共享Cache动态划分算法及VLSI实现研究.pdf

《共享Cache动态划分算法及VLSI实现研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、摘要摘要随着信息技术的高速发展，计算机的应用领域越来越广泛，几乎涉及到社会生活的各个方面。而单核处理器受功耗，指令级并行的可开发空间，存储器时延等因素的影响，发展速度正在逐步减慢，目前多核处理器已经取代单核处理器成为处理器发展的主流方向。处理器性能的持续快速发展，也使得处理器和存储器系统之间的性能差距越来越大。因此使存储器系统更加有效的工作，可以显著提升处理器的性能。在多核处理器结构中，由于通常情况下最后一级Cache被各核共享，所以可能造成某个核对共享Cache的访问将其他核频繁访问的数据替换出共享Cach

2、e，从而造成系统整体性能的下降。为提高系统性能，可在共享Cache中应用动态划分策略，以有效避免不同核之间在共享Cache中的这种相互污染。此外，因为LRU方法不易于硬件实现，所以目前在很多处理器的Cache中应用的是低硬件开销的伪LRU替换方法。由于应用伪LRU方法的共享Cache仍然存在不同核之间的相互污染问题，因此，本论文提出了一种基于伪LRU方法的新型共享Cache动态划分策略。本论文提出的划分策略在分析电路中创新性的提出了一种基于二叉树的分析统计方法。在划分电路中，本论文进一步提出了适应该方法统计特

3、性的非遍历划分算法以及对共享Cache间歇的控制方式，以避免划分电路连续控制共享Cache所带来的弊端。在共享Cache中本论文则提出了一种适用于动态划分的新型结构和适用于该结构的一种基于NRU的伪LRU替换方法。经SPECCPU2000测试表明，本文提出的基于伪LRU方法的新型划分策略比基于LRU方法的不划分共享Cache策略和以效用最优为目标划分共享Cache策略的性能分别提高了11.20%和6.93%。最后，本文全硬件实现了基于伪LRU方法的新型共享Cache划分策略和基于LRU方法的原效用最优划分策略

4、。综合结果表明，新型划分策略的分析电路、划分电路和共享Cache的面积分别比基于LRU方法的原效用最优策略对应部分电路的面积减小了17.46%、27.05%和12.54%。关键词：共享Cache划分；伪LRU方法；二叉树分析；非遍历划分算法；间歇控制中图分类号：TP303;TN432IABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofinformationtechnology,theapplicationfieldofcomputerbecomesmoreandmorewide

5、,whichisnowcoveringalmosteveryaspectofpeopledailylife.However,thedevelopmentpaceoftheperformanceofuniprocessorhasbeensloweddowngraduallyduetothetechnicaldifficultiesinpowerconsumption,instruction-levelparallelism(ILP)andthememorylatency.Currently,multiproce

6、ssorsarereplacinguniprocessorsandplayamajorrole.Sustainedandquickadvancesinperformanceofprocessorsalsomakethegapbetweenmemoryandprocessorsevenbig.Therefore,amoreeffectivelymemorysubsystemcansignificantlyenhancetheperformanceofthewholeprocessor.Inthemulti-pr

7、ocessorsarchitectures,thelastlevelcacheisusuallysharedamongseveralcores.Inthiskindofarchitecture,onecorerequestmayevicttheblockthatfrequentlyaccessedbytheothercoresinthesharedcache,whichresultsinthesystemperformancedegradation.Toimprovethesystemperformance,

8、dynamiccachepartitioningisusedinthesharedcache,whichcanavoidtheinteractionbetweendifferentapplications.Inaddition,theLRUmethodisnotconvenientforhardwareimplementation,sothecachesinmanyprocessorsusethep