CMT处理器高速缓存的优化技术
发布时间：2021-07-18 17:32
用户的需求是无止境的,提高微处理器性能是广大研究者们不懈追求的目标。目前半导体工艺的飞速发展,使得单个芯片上可以集成数十亿个晶体管,如何有效地利用这些不断增长的片上资源,开发出高效的微处理器,是当前计算机体系结构进一步发展面临的重要挑战之一。通过开发深度指令级并行性（ILP）来提高微处理器性能的传统方法越来越受到以下两个方面的限制,一是设计复杂,研制周期长;二是由于单个线程的指令级并行度有限,导致芯片的运行效率低。多线程处理器（CMT）通过挖掘程序的线程级并行性（TLP）,提高了系统的性能,是克服指令级并行性难以进一步开发的有效方法。另外,在单个芯片上实现多核多线程结构,可以利用原有的单核单线程的设计基础,使得芯片的开发周期短并易于验证。CMT已经成为当今处理器设计的主流结构,因此研究CMT结构中的关键技术问题具有迫切的需求和较高的应用价值。本文的工作主要针对CMT处理器的高速缓存进行优化。为了减小多线程运行时指令Cache的冲突,本文提出了二幂等分指令Cache策略和循环锁竞争机制;现有对CMT处理器公平性的研究常常需要中断其它线程进行单线程采样,针对这个问题本文提出了多线程公平性策...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
数字中继线监控卡综上所述，DSP应用领域的扩大对DSP应用系统的性能、功耗和成本提出了越来越高的要求，单核处理器已经很难同时满足现实应用在性能和功耗等方面的
程也不得不等待其它未结束的线程，导致资源白白浪费。另外在处理服务时，没有用户愿意等待很长的时间，这也要求系统确保服务的公系统公平可以从多个方面进行，Cache划分是确保系统公平的一个重要卜易交互CMT处理器中多个线程往往是对同一批数据进行不同的处理，或者是一费另外一个线程生产的数据。如果不同内核中的两个线程处理的数据密，将会产生大量的内核间通信事务，严重影响芯片的性能。处理这个两方面入手，一是要求Cache间能够很方便的交互数据，二是当发现两理的数据密切相关时，将这两个线程交换到同一个内核中运行，从而减的数据交互。1.4YHFT单核nSP简介我们研制的YHFTDsP/80以’37]I’3811”9]J芯片是一款高性能超长指令字结P，是本文所研究的CMT处理器的基础，所以本节先简要介绍一下其体系
单个线程而言，可以得到的资源就相对减少了，再加上Cache失效率增加，失效请求冲突导致延迟变长，这些都引起了性能下降。虽然资源优先分配给主线程，但其性能仍然受到一定的影响。图2.13是在DSP/SMT、DSP/SMT+PP两种芯片中运行双线程时，主线程的执行时间相对于单独运行时执行时间的比值。互五F.ll气︸蒸理绷招一Adpe几 EAdpem--DCompressMult}口nsP/800一osP/s、，T一osPzsMT?PP}图2.13双线程运行时主线程执行时间比采用二幂等分指令Cache策略和循环锁机制后，Cache冲突对主线程的影响明显减小，主线程执行时间比优化前有了明显的缩短，因此主线程的服务质量也得到很大的提高。如图2.13所示，在SMT处理器中主线程的性能平均下降了约25.20%，而在SMT+PP中，性能仅下降了9%。2.6小结在多线程处理器中由于共享Cache等资源的相互影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]可交换数据Cache结构的CMP:EDCA-CMP[J]. 陈建党,郭松柳,王海霞,汪东升. 小型微型计算机系统. 2007(07)
[2]基于负载瞬时IPC性能的同时多线程处理器取指策略[J]. 何立强,刘志勇. 计算机学报. 2007(04)
[3]多核多线程处理器存储技术研究进展[J]. 屈文新,樊晓桠,张盛兵. 计算机科学. 2007(04)
[4]提高硬件多线程处理器性能的方法[J]. 王传福,周学海. 计算机工程. 2007(04)
[5]OpenCMP:一个支持事务存储模型的多核处理器模拟器[J]. 何裕南,安虹,郭锐,梁博. 计算机科学. 2007(01)
[6]一种具有QoS特性的同时多线程处理器取指策略[J]. 何立强,刘志勇. 计算机研究与发展. 2006(11)
[7]同时多线程D-cache的分配与安全[J]. 杨华,刘宏伟,崔刚,杨孝宗. 微电子学与计算机. 2006(09)
[8]多端口高速通用寄存器文件设计优化[J]. 陈亮,刘龙,游国福,胡建国,衣晓飞,曾献君. 微电子学与计算机. 2006(08)
[9]“银河飞腾”高性能数字信号处理器研究进展[J]. 陈书明,李振涛,万江华,胡定磊,郭阳,汪东,扈啸,孙书为. 计算机研究与发展. 2006(06)
[10]基于多个取指优先级的同时多线程处理器取指策略[J]. 孙彩霞,张民选. 电子学报. 2006(05)
博士论文
[1]多线程网络处理器分布式内核结构研究[D]. 周昔平.西北工业大学 2006
[2]单芯片多处理器关键技术的研究与实现[D]. 鲁建壮.国防科学技术大学 2005
[3]多处理器系统中高效Cache协议的实现方案设计与模拟[D]. 汪波.国防科学技术大学 2001
[4]SCMP中共享多端口数据Cache结构的研究[D]. 黄光奇.中国人民解放军国防科学技术大学 2000
硕士论文
[1]一种超长指令字同时多线程处理器的设计与分析[D]. 贺荣华.国防科学技术大学 2005
本文编号：3290039
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
数字中继线监控卡综上所述，DSP应用领域的扩大对DSP应用系统的性能、功耗和成本提出了越来越高的要求，单核处理器已经很难同时满足现实应用在性能和功耗等方面的
程也不得不等待其它未结束的线程，导致资源白白浪费。另外在处理服务时，没有用户愿意等待很长的时间，这也要求系统确保服务的公系统公平可以从多个方面进行，Cache划分是确保系统公平的一个重要卜易交互CMT处理器中多个线程往往是对同一批数据进行不同的处理，或者是一费另外一个线程生产的数据。如果不同内核中的两个线程处理的数据密，将会产生大量的内核间通信事务，严重影响芯片的性能。处理这个两方面入手，一是要求Cache间能够很方便的交互数据，二是当发现两理的数据密切相关时，将这两个线程交换到同一个内核中运行，从而减的数据交互。1.4YHFT单核nSP简介我们研制的YHFTDsP/80以’37]I’3811”9]J芯片是一款高性能超长指令字结P，是本文所研究的CMT处理器的基础，所以本节先简要介绍一下其体系
单个线程而言，可以得到的资源就相对减少了，再加上Cache失效率增加，失效请求冲突导致延迟变长，这些都引起了性能下降。虽然资源优先分配给主线程，但其性能仍然受到一定的影响。图2.13是在DSP/SMT、DSP/SMT+PP两种芯片中运行双线程时，主线程的执行时间相对于单独运行时执行时间的比值。互五F.ll气︸蒸理绷招一Adpe几 EAdpem--DCompressMult}口nsP/800一osP/s、，T一osPzsMT?PP}图2.13双线程运行时主线程执行时间比采用二幂等分指令Cache策略和循环锁机制后，Cache冲突对主线程的影响明显减小，主线程执行时间比优化前有了明显的缩短，因此主线程的服务质量也得到很大的提高。如图2.13所示，在SMT处理器中主线程的性能平均下降了约25.20%，而在SMT+PP中，性能仅下降了9%。2.6小结在多线程处理器中由于共享Cache等资源的相互影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]可交换数据Cache结构的CMP:EDCA-CMP[J]. 陈建党,郭松柳,王海霞,汪东升. 小型微型计算机系统. 2007(07)
[2]基于负载瞬时IPC性能的同时多线程处理器取指策略[J]. 何立强,刘志勇. 计算机学报. 2007(04)
[3]多核多线程处理器存储技术研究进展[J]. 屈文新,樊晓桠,张盛兵. 计算机科学. 2007(04)
[4]提高硬件多线程处理器性能的方法[J]. 王传福,周学海. 计算机工程. 2007(04)
[5]OpenCMP:一个支持事务存储模型的多核处理器模拟器[J]. 何裕南,安虹,郭锐,梁博. 计算机科学. 2007(01)
[6]一种具有QoS特性的同时多线程处理器取指策略[J]. 何立强,刘志勇. 计算机研究与发展. 2006(11)
[7]同时多线程D-cache的分配与安全[J]. 杨华,刘宏伟,崔刚,杨孝宗. 微电子学与计算机. 2006(09)
[8]多端口高速通用寄存器文件设计优化[J]. 陈亮,刘龙,游国福,胡建国,衣晓飞,曾献君. 微电子学与计算机. 2006(08)
[9]“银河飞腾”高性能数字信号处理器研究进展[J]. 陈书明,李振涛,万江华,胡定磊,郭阳,汪东,扈啸,孙书为. 计算机研究与发展. 2006(06)
[10]基于多个取指优先级的同时多线程处理器取指策略[J]. 孙彩霞,张民选. 电子学报. 2006(05)
博士论文
[1]多线程网络处理器分布式内核结构研究[D]. 周昔平.西北工业大学 2006
[2]单芯片多处理器关键技术的研究与实现[D]. 鲁建壮.国防科学技术大学 2005
[3]多处理器系统中高效Cache协议的实现方案设计与模拟[D]. 汪波.国防科学技术大学 2001
[4]SCMP中共享多端口数据Cache结构的研究[D]. 黄光奇.中国人民解放军国防科学技术大学 2000
硕士论文
[1]一种超长指令字同时多线程处理器的设计与分析[D]. 贺荣华.国防科学技术大学 2005
本文编号：3290039
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