题名 | 面向多线程处理器的内存系统关键技术研究(new) |
作者 | 高珂 |
答辩日期 | 2015-05-27 |
文献子类 | 博士 |
授予单位 | 中国科学院研究生院 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 刘志勇 |
关键词 | 多线程处理器 共享内存 内存控制器 Dram结构设计 访存干扰 行缓存局部性 Victim Row-buffer (Vrb) 机制 |
学位专业 | 其它专业 |
英文摘要 | 存储墙问题是影响计算机系统性能的主要问题之一。网络计算、云计算、大数据应用等新的应用领域,多核、多线程系统等新的体系结构和对内存新的访问特征,均对内存系统的设计提出了新的要求和挑战。本项研究针对采用多核、多线程等体系结构的计算机系统中应用程序对内存的访问特征,优化内存系统的设计,提高内存系统的数据访问速度,降低内存系统的能耗。本文研究了多线程程序访问内存的特性,分析了内存中行缓存(Row Buffer)的命中特性,提出新的硬件机制和访问协议,减少多个线程访问的干扰,提高从内存数据阵列中读取到行缓存中数据的使用效率,并减少不必要的数据预取,从而提高内存数据的访问速度,并且减少内存系统的能耗。本文主要贡献如下: 1.Victim Row-Buffer内存机制 本文提出了一种新的Victim Row-Buffer(VRB)内存系统,该内存系统从多线程程序的访存模式出发,针对Bank的缓存机制进行访存优化,设置附加的行缓存,用以保留DRAM芯片的行缓存由于线程干扰被替换出的数据,以备后续可能的访问,从而解耦DRAM的行缓存冲突。通过全系统的模拟平台测试,VRB机制可以大幅提高DRAM行缓存的命中率,进而提高内存系统的访问速度。 2.细粒度的DRAM数据访问机制 结合VRB内存机制,本文提出了一种细粒度的DRAM数据访问机制,该机制的目标是打破传统粗粒度的DRAM数据访问模式,缓解多线程干扰带来的数据过度预取问题,降低多线程访存干扰带来的延迟增加和功耗增加,减少不必要的数据传输和额外的访存协议开销。更细粒度的分段机制增加了内存系统的访存并行度,进一步有效提高了存储器带宽的利用率。 3.缓解多线程访存干扰的访存协议 为支持内存系统的VRB硬件机制,实现VRB内存系统的访问,本文设计了新的访存协议。通过分析和参考传统DRAM的访存协议命令,增加了额外的两个访存协议命令,并重新设计了兼容标准DDR内存控制器访存协议的有限状态自动机。结合细粒度的分段机制,本文提出的访存协议明显提升了内存资源的利用效率。通过兼容传统访存协议命令,也使得VRB机制更易于实现。 4.VRB内存系统对于改善DRAM功耗的效果 本文研究了VRB内存系统相较于Intel Xeon服务器内存系统对于改善DRAM功耗的效果。通过本文提出的技术,提高了行缓存中数据的复用率,减少了从DRAM存储阵列到行缓存不必要的数据预取,进而减少了大量DRAM数据阵列的操作,节省了能量消耗。模拟结果显示,VRB内存系统不仅提升了系统性能,同时降低了整个DRAM芯片的能耗消耗。 |
语种 | 中文 |
学科主题 | 计算机系统结构 |
公开日期 | 2015-06-30 |
内容类型 | 学位论文 |
源URL | [http://ictir.ict.ac.cn/handle/311040/2190] |
专题 | 中国科学院计算技术研究所学位论文_2015博士 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 高珂. 面向多线程处理器的内存系统关键技术研究(new)[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015. |
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