《套用行為感知的多核處理器存儲資源管理關鍵技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由孫彩霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：套用行為感知的多核處理器存儲資源管理關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫彩霞
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
單核處理器中已有的存儲牆問題在多核處理器中依然存在，甚至更加嚴重。存儲系統仍將是影響計算機系統性能的瓶頸。除了存儲牆問題外，多核處理器中，存儲系統的設計還面臨訪存頻寬有限、執行緒間訪存衝突、套用行為多樣等挑戰，針對這些挑戰研究多核處理器存儲資源的管理技術對提升系統性能具有重要意義。本項目提出一種套用行為感知的多核處理器存儲資源軟硬體協同管理框架，依據套用的行為特徵，由硬體和軟體協同對多核處理器片上末級Cache(LLC)和到片外存儲器的訪存頻寬進行高效、靈活的管理，重點突破套用行為的表征和線上提取、資源衝突預測模型構建、性能預測模型構建、訪問衝突感知的LLC劃分和預取請求感知的訪存頻寬劃分等關鍵技術，使LLC和訪存頻寬得到有效的利用，以切實開發多核處理器的運算潛能。我們希望依託本項目取得的研究成果能夠指導國產高性能微處理器的研發，並最終套用到國防科學技術大學自主研製的多核處理器中。
結題摘要
本項目針對多核處理器存儲系統設計面臨的訪存頻寬有限、執行緒間訪存衝突、套用行為多樣等挑戰，提出了套用行為感知的多核處理器存儲資源管理框架，依據套用的行為特徵，對多核處理器片上末級Cache(LLC)和到片外存儲器的訪存頻寬進行高效、靈活的管理，使LLC 和訪存頻寬得到有效的利用，以切實開發多核處理器的運算潛能。本項目按照計畫完成了全部研究工作。 本項目在套用行為分析、LLC的管理和訪存頻寬的管理方面展開了深入研究，並取得了以下研究成果：套用行為分析方面，從分析方法和分析模型著手，分別提出了一種套用行為的線上識別方法OABI和一種應用程式Cache容量敏感性預測模型SASS，以指導存儲資源的管理和最佳化。此外，還從速度和準確度方面對分析方法進行了最佳化；LLC的管理方面，以套用行為分析方法和模型為基礎，提出了三種LLC管理機制：基於套用Cache 行為類型線上識別的CMP 大容量共享片上末級Cache替換策略BIIP、基於細粒度偽劃分的多核私有Cache容量共享機制CSFP和基於數據項動態分配的Cache容量劃分技術VH-PAD。這些機制可以使LLC得到有效利用，從而提高了多核處理器的整體性能；訪存頻寬的管理方面，在仔細研究多核處理器存儲訪問特點的基礎上，提出了三種片外存儲頻寬最佳化方法：基於虛擬時間的兩級訪存調度器、可配置地址映射算法和活躍頁面VopSMB（Virtual open-page stream buffer）結構。其中，VopSMB 的設計思想在國際上尚屬首次。這些最佳化方法極大提高了存儲系統的性能。 項目研究期間，發表學術論文22篇，其中SCI檢索3篇，EI檢索14篇；相關研究獲軍隊科技進步一等獎1項；已公示國家發明專利6項，其中1項已授權；培養畢業博士研究生5人、碩士研究生4人。本項目提出的LLC管理機制和訪存頻寬最佳化方法能夠有效改善多核處理器中存儲資源的利用，從而提升了多核處理器的整體性能。本項目的部分研究成果已成功套用於國防科學技術大學計算機學院自主研製的高性能多核處理器中。
