面向高密度计算的异构多核系统中二级共享存储器的优化
发布时间:2021-08-18 02:35
随着多核处理器与存储器的性能差距越来越大,“存储墙”的问题越来越严重。本文针对的既有目标多核系统是与主存SDRAM直接进行数据交互,由于主存SDRAM能够提供给用户的访存带宽有限,并且响应访存任务的速度比较慢,因而,本文设计了一种层次化二级共享存储结构,同时支持14路数据通道并行随机访存,并采用SRAM作为缓存介质,解决了系统访存带宽有限以及响应访存任务速度慢的问题。论文的主要工作如下:1.本文根据目标多核系统提出的多任务并行访存需求,设计了多地址通道的管理机制。该地址通道包含丰富的访存模式以及灵活多变的数据组织形式,使得系统的并行访存效率大大提高,进而提高系统性能。2.通过对目标多核系统的分析,本文设计了一种与目标多核系统相适应的层次化二级共享存储结构。该结构采用组相联的地址映射方式,并采用计数替换的缓存替换策略,同时在系统的运算间隙,充分利用片外存储器带宽进行数据的预读取以及缓存的数据同步操作,以提高缓存结构的命中率,增加系统的访存侧带宽,提高目标多核系统性能。3.本文根据设计层次化二级共享存储结构所遇到存储资源消耗大并且利用率低的实际问题,设计了一种多通道FIFO,在不影响层次化...
【文章来源】:合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:92 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
致谢
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 课题来源
1.5 论文结构
第2章 共享缓存的结构设计原理与目标系统
2.1 缓存相关技术研究
2.1.1 地址映射方式
2.1.2 读写策略
2.1.3 替换策略
2.1.4 数据预读取
2.2 目标系统HMCS介绍
2.2.1 主控制器簇
2.2.2 共享缓存存储簇
2.2.3 运算簇
2.2.4 接口簇
2.2.5 四层网络
2.3 共享缓存存储簇设计要求
2.4 本章小结
第3章 共享缓存的结构优化设计方案
3.1 二级共享缓存优化结构方案描述
3.2 地址通道管理单元设计
3.2.1 数据地址管理
3.2.2 数据访存模式
3.2.3 多地址通道管理
3.3 地址映射方案设计
3.4 读写策略的选择
3.5 预读取策略与同步写策略
3.6 替换策略
3.7 任务仲裁机制
3.8 数据通道设计方案
3.8.1 数据通道设计
3.8.2 多路并行访存原理
3.8.3 时间片大小选择
3.9 FIFO设计方案
3.9.1 FIFO介绍
3.9.2 同步写FIFO设计
3.9.3 同步读FIFO设计
3.9.4 异步FIFO设计
3.10 本章小结
第4章 共享缓存的的结构优化设计实现
4.1 四层片上网络接口单元
4.1.1 配置层网络接口单元
4.1.2 状态层网络接口单元
4.1.3 数据层网络接口单元
4.1.4 广播层网络接口单元
4.2 控制通路
4.2.1 地址通道管理单元
4.2.2 访存任务管理单元
4.2.3 访存任务队列管理与存储单元
4.2.4 访存任务执行单元
4.3 数据通道设计
4.4 本章小结
第5章 共享缓存的结构优化设计验证
5.1 实验平台
5.2 资源消耗
5.3 功能验证
5.4 性能验证
5.4.1 相关概念定义
5.4.2 实验介绍
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】:
期刊论文
[1]基于FPGA的多通道FIFO存储控制器的设计与实现[J]. 吕达,张加宏,李敏,冒晓莉,杨天民,谢丽君. 现代电子技术. 2019(04)
[2]基于RAM存储阵列的并行多通道FIFO设计[J]. 袁亚鹏,倪伟,郑强强,张多利,宋宇鲲. 微电子学与计算机. 2018(12)
[3]一种面向异步FIFO的低开销容错机制研究[J]. 侯翔云,黄乐天. 电子技术应用. 2018(06)
[4]基于DDR3 SDRAM的大容量异步FIFO缓存系统的设计与实现[J]. 孙冬雪,王竹刚. 电子设计工程. 2018(09)
[5]一种支持多种工作模式的可重构计算单元的设计[J]. 李浩洋,宋宇鲲. 微电子学与计算机. 2017(10)
[6]一种多核SoC中基于Cache机制的存储结构设计[J]. 张多利,张宇,宋宇鲲,汪健. 微电子学与计算机. 2017(10)
[7]面向阵列处理器的分布式共享存储结构设计[J]. 山蕊,沈绪榜,蒋林,朱筠,宋辉. 北京邮电大学学报. 2017(04)
[8]高性能计算技术在气象领域的应用[J]. 赵立成,沈文海,肖华东,王彬,孙婧,魏敏,李娟,沈瑜. 应用气象学报. 2016(05)
[9]多核系统共享内存资源分配和管理研究[J]. 高珂,陈荔城,范东睿,刘志勇. 计算机学报. 2015(05)
[10]面向媒体的粗粒度可重构架构层次化存储设计[J]. 曹鹏,梅晨,刘波. 上海交通大学学报. 2014(10)
博士论文
[1]面向超级计算机的故障预测和容错关键技术研究[D]. 胡维.国防科学技术大学 2017
[2]基三体系结构存储系统相关问题的研究[D]. 刘梦晓.北京理工大学 2010
硕士论文
[1]面向异构多核系统的层次化存储结构设计与优化[D]. 袁亚鹏.合肥工业大学 2018
[2]高性能可重构浮点通用协处理器设计[D]. 曲冬明.合肥工业大学 2018
[3]面向空间环境的片上网络数据可靠性问题研究[D]. 姚永彤.合肥工业大学 2018
[4]高速大维度复数矩阵求逆器的设计研究[D]. 蒋雯.合肥工业大学 2018
[5]异构多核环境下共享缓存管理技术的研究[D]. 郝晓婷.北京工业大学 2017
[6]高维度FFT加速器设计及硬件实现[D]. 张玲佳.合肥工业大学 2017
[7]异构多核片上网络布局优化研究与实现[D]. 钱庆松.合肥工业大学 2017
[8]异构多核系统中二级共享存储器的设计实现[D]. 张宇.合肥工业大学 2017
[9]支持混合计算模式的异构多核系统若干关键技术的研究[D]. 李浩洋.合肥工业大学 2017
[10]双通道SDRAM存储控制模块的设计与实现[D]. 乔进进.东南大学 2015
本文编号:3349014
【文章来源】:合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:92 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
致谢
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 课题来源
1.5 论文结构
第2章 共享缓存的结构设计原理与目标系统
2.1 缓存相关技术研究
2.1.1 地址映射方式
2.1.2 读写策略
2.1.3 替换策略
2.1.4 数据预读取
2.2 目标系统HMCS介绍
2.2.1 主控制器簇
2.2.2 共享缓存存储簇
2.2.3 运算簇
2.2.4 接口簇
2.2.5 四层网络
2.3 共享缓存存储簇设计要求
2.4 本章小结
第3章 共享缓存的结构优化设计方案
3.1 二级共享缓存优化结构方案描述
3.2 地址通道管理单元设计
3.2.1 数据地址管理
3.2.2 数据访存模式
3.2.3 多地址通道管理
3.3 地址映射方案设计
3.4 读写策略的选择
3.5 预读取策略与同步写策略
3.6 替换策略
3.7 任务仲裁机制
3.8 数据通道设计方案
3.8.1 数据通道设计
3.8.2 多路并行访存原理
3.8.3 时间片大小选择
3.9 FIFO设计方案
3.9.1 FIFO介绍
3.9.2 同步写FIFO设计
3.9.3 同步读FIFO设计
3.9.4 异步FIFO设计
3.10 本章小结
第4章 共享缓存的的结构优化设计实现
4.1 四层片上网络接口单元
4.1.1 配置层网络接口单元
4.1.2 状态层网络接口单元
4.1.3 数据层网络接口单元
4.1.4 广播层网络接口单元
4.2 控制通路
4.2.1 地址通道管理单元
4.2.2 访存任务管理单元
4.2.3 访存任务队列管理与存储单元
4.2.4 访存任务执行单元
4.3 数据通道设计
4.4 本章小结
第5章 共享缓存的结构优化设计验证
5.1 实验平台
5.2 资源消耗
5.3 功能验证
5.4 性能验证
5.4.1 相关概念定义
5.4.2 实验介绍
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】:
期刊论文
[1]基于FPGA的多通道FIFO存储控制器的设计与实现[J]. 吕达,张加宏,李敏,冒晓莉,杨天民,谢丽君. 现代电子技术. 2019(04)
[2]基于RAM存储阵列的并行多通道FIFO设计[J]. 袁亚鹏,倪伟,郑强强,张多利,宋宇鲲. 微电子学与计算机. 2018(12)
[3]一种面向异步FIFO的低开销容错机制研究[J]. 侯翔云,黄乐天. 电子技术应用. 2018(06)
[4]基于DDR3 SDRAM的大容量异步FIFO缓存系统的设计与实现[J]. 孙冬雪,王竹刚. 电子设计工程. 2018(09)
[5]一种支持多种工作模式的可重构计算单元的设计[J]. 李浩洋,宋宇鲲. 微电子学与计算机. 2017(10)
[6]一种多核SoC中基于Cache机制的存储结构设计[J]. 张多利,张宇,宋宇鲲,汪健. 微电子学与计算机. 2017(10)
[7]面向阵列处理器的分布式共享存储结构设计[J]. 山蕊,沈绪榜,蒋林,朱筠,宋辉. 北京邮电大学学报. 2017(04)
[8]高性能计算技术在气象领域的应用[J]. 赵立成,沈文海,肖华东,王彬,孙婧,魏敏,李娟,沈瑜. 应用气象学报. 2016(05)
[9]多核系统共享内存资源分配和管理研究[J]. 高珂,陈荔城,范东睿,刘志勇. 计算机学报. 2015(05)
[10]面向媒体的粗粒度可重构架构层次化存储设计[J]. 曹鹏,梅晨,刘波. 上海交通大学学报. 2014(10)
博士论文
[1]面向超级计算机的故障预测和容错关键技术研究[D]. 胡维.国防科学技术大学 2017
[2]基三体系结构存储系统相关问题的研究[D]. 刘梦晓.北京理工大学 2010
硕士论文
[1]面向异构多核系统的层次化存储结构设计与优化[D]. 袁亚鹏.合肥工业大学 2018
[2]高性能可重构浮点通用协处理器设计[D]. 曲冬明.合肥工业大学 2018
[3]面向空间环境的片上网络数据可靠性问题研究[D]. 姚永彤.合肥工业大学 2018
[4]高速大维度复数矩阵求逆器的设计研究[D]. 蒋雯.合肥工业大学 2018
[5]异构多核环境下共享缓存管理技术的研究[D]. 郝晓婷.北京工业大学 2017
[6]高维度FFT加速器设计及硬件实现[D]. 张玲佳.合肥工业大学 2017
[7]异构多核片上网络布局优化研究与实现[D]. 钱庆松.合肥工业大学 2017
[8]异构多核系统中二级共享存储器的设计实现[D]. 张宇.合肥工业大学 2017
[9]支持混合计算模式的异构多核系统若干关键技术的研究[D]. 李浩洋.合肥工业大学 2017
[10]双通道SDRAM存储控制模块的设计与实现[D]. 乔进进.东南大学 2015
本文编号:3349014
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3349014.html