龙芯UNCACHE加速原理及其在系统图形性能优化中的应用

发布时间：2019-08-11 16:45

【摘要】：针对当前采用独立显卡的桌面计算机系统架构普遍存在的CPU(中心处理单元)访问GPU(图形处理单元)存储空间数据传输延迟较大的瓶颈,采用了龙芯GS464处理器核心实现的UA(uncache acceleration)机制对GPU驱动程序中的GPU存储空间访问接口进行优化,极大地提高了处理器向GPU等IO存储空间连续数据写入的速度。详细分析了龙芯处理器UA机制的原理及其相对于uncache方式IO写所能带来的性能提升。通过UA机制优化了龙芯3A+2H平台的GPU驱动性能,x11perf测试结果显示,采用UA优化GPU驱动后,Xserver的一些接口性能提升达5%~230%。将龙芯处理器的UA机制封装到了标准MMAP系统调用,并通过该扩展后的系统调用优化了Xserver的Xvideo扩展接口,实验结果显示,播放常见较高分辨率视频时该接口性能能够有6~12倍的性能提升。
【图文】：

处理器,平台,访问方式,逻辑结构

逡逑芯３Ａ邋＋２Ｈ平台的图形驱动和图像接口优化也取得逦性能改进。逡逑了显著的性能提升。逡逑本文对如下内容进行了描述和分析：龙芯逦１邋龙芯ＧＳ４６４处理器核ＵＡ机制逡逑ＧＳ４６４处理器核心ＵＡ硬件的实现机制；ＵＡ的加速逡逑机制，以及ＵＡ和ｕｎｃａｃｈｅ两种机制下ＧＰＵ存储写逦龙芯ＧＳ４６４处理器核心实现了类似于ＭＩＰＳ逡逑入速度差异的量化方式对比；对龙芯平台Ｌｉｎｕｘ核邋Ｒ１００００处理器的ＵＡ机制，该机制的逻辑结构如逡逑的存储映射（ｍｅｍｏｒｙ邋ｍａｐ，邋ＭＭＡＰ）系统的调用及邋图１所示。ＧＳ４６４处理器核实现了两个与ＭＩＰＳ逡逑ＵＡ功能扩展；实验用龙芯３Ａ＋２Ｈ互联平台；采用逦Ｒ１００００相同的３２字节的ＵＡ缓冲器人口（ｉｍｃａｃｈｅ逡逑ＵＡ邋扩展的邋ＭＭＡＰ邋系统调用后龙芯，，３Ａ邋＋邋２Ｈ邋平台邋ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ邋Ｗｆｆｅｒ邋ｅｎｔｒｙ，ＵＡＢＥ），与邋ＭＩＰＳ邋Ｒ１００００邋处逡逑ＧＰＵ存储空间写入与ｕｎｃａｃｈｅ方式的性能差异；３Ａ逦理器４项ＦＩＦＯ等待队列不同，ＧＳ４６４处理器核实现逡逑＋邋２Ｈ平台ＧＰＵ驱动进行ＵＡ改造前后的图形应用逦了邋８项ＦＩＦＯ等待队列。逡逑程序编程接口（ＡＰＩ）性能提升；采用ＵＡ扩展的逡逑小十邋＞ｉ＜逦邋大．］■邋逦＇逡逑？邋５ｃｙｃｌｅ邋］逦２００ｃｙｃｌｅ逦｜逡逑ｆ逦［逦逦ｒ逦逦逦；逦Ｉ逡逑｜逦｜逦逦邋；逦？逡逑ＧＳ４６４逦ｊ逦ＵＡ逦｜逦；逡逑ｉ逦Ｂｕｆｆｅｒ逦＝＝１邋１逦！逦Ｊ逡逑！逦ｉ逦Ｅｎｔｒｙ邋０逦ｊ＿＿逦邋：逦ｉ逡逑１１１邋逦逡逑指令提交队列邋逦邋ｊ逦ＧＰＵ存储单元逡逑Ｉ逦１逦Ｌｖ曰邋／Ａ邋丁写完■成邋一＂一邋

优化对比,实验平台,空间,控制器

个简单的软件同步就可以对原有接逦成，其中一级交叉总线ＡＸＩ连接了邋４个作为主设备逡逑口进行ＵＡ优化。逦的ＧＳ４６４处理器核，作为主从设备的ＨＴ控制器以逡逑及４个作为从设备的二级ＣＡＣＨＥ模块，二级交叉逡逑４邋ＵＡ与ｕｎｃａｃｈｅ对比实验平台逦开关则主要连接了作为主设备的４个二级ＣＡＣＨＥ逡逑模块与作为从设备的内存控制器（ｍｅｍｏｒＹ邋ｃｏｎｔｒｏｌ＿逡逑本文的ＵＡ性能优化实验采用了龙芯３Ａ邋＋邋２Ｈ逦１？，ＭＣ）模块。龙芯３Ａ的ＨＴ控制器通过板级总逡逑开发平台，该平台的逻辑结构如图４所示。其中龙逦线与龙芯２Ｈ的ＨＴ控制器连接形成数据通路。逡逑逦龙芯３Ａ逦逡逑Ｐ0逦ＰＩ逦Ｐ２逦Ｐ３逦逦龙芯、２Ｈ逦逡逑Ｖ，逦／邋Ｖ逦Ｖ邋ｖ逦ｖ逦Ｊ逦，逦，邋＿逦＿逦Ｉ，逡逑ｎ；逦山逦ｎ｝逦Ｕ／逦（逦＼（逦＼（逦＼逡逑ｒ－＊逦＾ｆ—１逦——邋ＧＳ邋ＧＰＵ邋ＰＣＩＥ逡逑ＡＸＩ逦＾［ｈｔ［：Ｐ＝＝Ｚ＝２［邋ＨＴ邋４６４邋ＤＣ邋４Ｘ逡逑＃０逦＃１逦＃２逦＃３逦［逦￣逡逑Ｌ＾Ｌ＾ＪＬ＾ＪＬ＾Ｊ逦——＾——逡逑Ｘ２逦￣１￣邋逦邋逦）（￣邋￣逡逑逦＾逦邋屮—逦ＭＣ邋ＡＸＩ．ＭＵＸ邋ｊ［其他逡逑ＭＣ逦其他逦逡逑丨邋ｉ逦－＿」■逦＋逦…－一逡逑＇逦＾逦ＧＰＵ及ＤＣ显示内存逡逑系统主内存逦■．逦逦逦逦逡逑图４龙芯３Ａ＋２ＨＵＡ优化对比实验平台逡逑龙芯２Ｈ芯片内部包含了一个ＶＩＶＡＮＴＥ逦销远大于本地存储空间访问的开销。逡逑ＧＣ１０００邋ＧＰＵ模块，下文所描述的ＧＰＵ驱动即表示逡逑该ＧＰＵ的驱动程序。该ＧＰＵ与ＨＴ控制器以及显邋５邋ＧＰＵ存
【作者单位】：计算机体系结构国家重点实验室中国科学院计算技术研究所;中国科学院计算技术研究所;中国科学院大学;龙芯中科技术有限公司;
【基金】：国家“核高基”科技重大专项课题(2009ZX01028-002-003,2009ZX01029-001-003,2012ZX01029-001-002-002,2014ZX01020201) 国家自然科学基金(61221062,61232009,61222204,61432016)资助项目
【分类号】：TP332

【参考文献】