片上多核處理器Cache訪問均衡性研究
關(guān)鍵詞：片上多核處理器 非一致緩存體系結(jié)構(gòu) 片上網(wǎng)絡(luò) 均衡性 緩存訪問
摘要：隨著片上多核處理器(CMP)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和處理核數(shù)的增多,系統(tǒng)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(jié)構(gòu)(NUCA)被提出用于支持高容量低延遲的Cache組織結(jié)構(gòu).另一方面,片上網(wǎng)絡(luò)(NoC)由于具備良好的可擴(kuò)展性,在片上多核處理器的互連方式上具有顯著優(yōu)勢.因此,基于片上網(wǎng)絡(luò)的非一致Cache體系結(jié)構(gòu)逐漸成為未來組織大容量Cache的主流系統(tǒng)架構(gòu).在這樣的系統(tǒng)架構(gòu)中,最后一級緩存(LLC)通常在物理上分布于每個處理節(jié)點(diǎn),這些Cache存儲體(Bank)在邏輯上共同構(gòu)成一個統(tǒng)一的共享Cache.當(dāng)處理核發(fā)出Cache訪問請求時,其訪問時間與請求處理核節(jié)點(diǎn)與訪問數(shù)據(jù)所在的Bank節(jié)點(diǎn)的距離有關(guān).當(dāng)距離較近時,訪問時間較短;當(dāng)訪問距離較遠(yuǎn)的Bank時,訪問時間較長.因此,當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模逐漸增大時,這種訪問延遲與網(wǎng)絡(luò)距離相關(guān)的特性會使得不同節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大也會使得Cache訪問延遲逐漸由網(wǎng)絡(luò)延遲主導(dǎo).這種延遲差異性會引起網(wǎng)絡(luò)報文延遲不均衡問題,導(dǎo)致Cache訪問延遲的非一致性進(jìn)一步增大,因而出現(xiàn)更多的大延遲Cache訪問并成為制約系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)性能和系統(tǒng)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(shè)計方法.通過非一致存儲映射,我們根據(jù)Cache存儲體在網(wǎng)絡(luò)中的物理位置調(diào)節(jié)其相應(yīng)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(shè)計非一致的鏈路分布,我們依據(jù)各條鏈路上的流量負(fù)載為其分配合適的通道數(shù)量,從而緩解流量壓力較大的鏈路上的報文競爭.全系統(tǒng)模擬器上的實(shí)驗(yàn)?
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