STT-RAM缓存优化策略的研究

发布时间：2017-10-03 13:25

  本文关键词：STT-RAM缓存优化策略的研究

  更多相关文章： 自旋转移力矩磁性存储器 高速缓存 数据迁移 写能耗

【摘要】：Cache是计算机体系结构中处理处理器和内存读写速度差异的一个有效的功能部件,随着半导体制造工艺的快速发展,传统的以SRAM作为Cache的技术受到了存储单元面积、静态功耗等因素的限制。STT-RAM作为一种新型的非易失性的存储材料,它有着低功耗、快速的读速度、高密度、多级单元能力等特点。在当今高性能计算的时代,处理器的快速计算能力是毋庸置疑的,所以存储器的性能就成为影响整个系统性能的主要瓶颈。而STT-RAM自从出现以来,一直被当作最有希望替代SRAM作Cache的存储器材料。但是由于STT-RAM本身的写速度比较慢,写能耗也比较高,所以现在对STT-RAM的研究主要集中在降低STT-RAM Cache的写延迟,提高系统的响应时间以及降低STT-RAM的写能耗,从而进一步降低存储系统的能耗。 本文根据STT-RAM的特性,首先分析了STT-RAM的几个重要参数之间的关系,并给出了什么参数以及怎样的参数的STT-RAM才能适合做LI Cache。然后,选择了合适的数据保存时间。通过实验,在设定的STT-RAM数据保存时间内,对L1Cache上数据块访存数据做分段统计,我们发现,在数据保存时间内的大部分数据块的刷新是徒劳的。本文针对这个研究点,提出了基于计数器监控的避免刷新的策略,分析了NRS策略的可行性并详细的设计了计数器的整个监控流程、数据处理流程以及每种出现情形的处理方法。实验结果表明,该策略对写次数的降低以及能耗的降低有明显的作用,同时系统性能有1.5%的提升。 针对STT-RAM不同的数据保存时间的特性以及不同数据保存时间导致的写能耗的差异性,本文采用了混合不同特性的STT-RAM作为L2Cache,将STT-RAM L2Cache分成写延迟不同的两个部分,对每个储存部分的数据进行动态的监测和管理。根据提出的STT-RAM L2Cache的架构,提出了相应的数据迁移管理策略,总的目的就是努力使读写特性不同的数据分块存储,从而降低L2Cache上的数据的写次数,降低写能耗。实验结果表明,基于混合架构的STT-RAM L2Cache上的数据迁移策略的设计和采用SRAM L2Cache相比性能下降了2%。但是,和采用纯STT-RAM的L2Cache相比,性能提升了6%。同时,本文的策略和文中实验的基准策略相比,写能耗有明显降低。 综上所述,本文通过NRS策略和OFMS策略对STT-RAM Cache进行写操作和写能耗的优化,实验结果表明,本文的优化策略能有效降低STT-RAM Cache的写能耗。
【关键词】：自旋转移力矩磁性存储器 高速缓存 数据迁移 写能耗
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景11-13
• 1.2 研究现状13-14
• 1.3 研究动机14-16
• 1.4 主要工作16
• 1.5 结构组织16-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第2章 STT-RAM缓存技术及相关工作19-26
• 2.1 NVM以及STT-RAM技术介绍19-21
• 2.2 STT-RAM相关研究工作21-24
• 2.3 当前STT-RAM研究存在的问题24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 STT-RAM L1 CACHE的优化策略的设计26-35
• 3.1 STT-RAML1 CACHE的性能优化分析26-28
• 3.2 前期实验设想与实验验证28-30
• 3.3 基于计数器监控的STT-RAM L1 CACHE无刷新策略设计——NRS30-32
• 3.3.1 开销分析30-31
• 3.3.2 数据块的监控31-32
• 3.4 DEAD数据块处理(DDP)32-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 STT-RAM L2 CACHE的设计与优化35-46
• 4.1 STT-RAM相比SRAM做第二级缓存的优劣分析35-37
• 4.2 STT-RAM L2 CACHE储存器结构设计37-41
• 4.3 STT-RAM L2 CACHE上的数据迁移策略OFMS(ONE-FIFTEEN MIGRATION STRATEGY)41-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 实验设计与实验结果分析46-55
• 5.1 实验平台和设置46-47
• 5.2 试验结果的分析47-54
• 5.2.1 NRS策略的性能及能耗分析48-51
• 5.2.2 OFMS策略的性能以及能耗分析51-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-57
• 6.1 总结55
• 6.2 未来展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果62

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本文编号：965462