片上多核處理器Cache訪問均衡性研究
關鍵詞：片上多核處理器 非一致緩存體系結構 片上網絡 均衡性 緩存訪問
摘要：隨著片上多核處理器(CMP)規模的不斷擴大和處理核數的增多,系統對于片上緩存(Cache)在容量和速度方面有了更高的需求.為了能夠有效利用Cache資源,非一致Cache體系結構(NUCA)被提出用于支持高容量低延遲的Cache組織結構.另一方面,片上網絡(NoC)由于具備良好的可擴展性,在片上多核處理器的互連方式上具有顯著優勢.因此,基于片上網絡的非一致Cache體系結構逐漸成為未來組織大容量Cache的主流系統架構.在這樣的系統架構中,最后一級緩存(LLC)通常在物理上分布于每個處理節點,這些Cache存儲體(Bank)在邏輯上共同構成一個統一的共享Cache.當處理核發出Cache訪問請求時,其訪問時間與請求處理核節點與訪問數據所在的Bank節點的距離有關.當距離較近時,訪問時間較短;當訪問距離較遠的Bank時,訪問時間較長.因此,當系統規模逐漸增大時,這種訪問延遲與網絡距離相關的特性會使得不同節點之間的通信距離和通信延遲的差異性逐漸增大.另外,片上網絡規模的增大也會使得Cache訪問延遲逐漸由網絡延遲主導.這種延遲差異性會引起網絡報文延遲不均衡問題,導致Cache訪問延遲的非一致性進一步增大,因而出現更多的大延遲Cache訪問并成為制約系統性能的瓶頸.因此,研究片上多核處理器的Cache訪問均衡性對于提升網絡性能和系統性能具有積極意義.該文分析了造成Cache訪問延遲不均衡的原因,并針對延遲的兩個來源:無沖突延遲和競爭延遲,分別提出了非一致存儲映射和非一致鏈路分布的設計方法.通過非一致存儲映射,我們根據Cache存儲體在網絡中的物理位置調節其相應的Cache塊映射比例,從而均衡Cache請求平均訪問距離;通過合理設計非一致的鏈路分布,我們依據各條鏈路上的流量負載為其分配合適的通道數量,從而緩解流量壓力較大的鏈路上的報文競爭.全系統模擬器上的實驗?
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