《近閾值電壓高速快取的可靠性技術研究》是依託首都師範大學，由王晶擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：近閾值電壓高速快取的可靠性技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王晶
- 依託單位：首都師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近閾值電壓技術是解決後摩爾定律時代“功耗牆”問題的有效手段之一，然而電壓的降低使得高速快取的可靠性和成品率面臨嚴峻挑戰。現有容錯方案追求可靠性的同時不但犧牲高速快取容量、增加訪問延遲，而且缺乏靈活性、無法適應程式行為的動態變化。針對上述問題，本課題深入探索如下三方面的內容：針對硬錯誤研究邏輯高相聯度高速快取重構技術，保證可靠性的同時彌補容錯機制犧牲容量所帶來的性能損失；針對軟錯誤研究基於數據存儲特徵的校驗技術，設計分級校驗保證可靠性並通過消除冗餘減少容錯的時空開銷；針對單一容錯級別無法滿足不同應用程式可靠性需求的問題，研究軟體定義容錯能力的高速快取結構，根據程式行為預測可靠性需求，設計支持多容錯級別的高速快取結構，提供靈活、動態的容錯支持。本課題將極大改善近閾值電壓技術面臨的可靠性問題，並減少容錯帶來的性能損失。課題預期在國內外期刊和國際會議上發表6-8篇高水平論文，並申請2-3項專利。
結題摘要
Dennard定律的終結使得計算機系統，特別是數據中心，面臨了巨大的能耗和利用率問題，解決這個功耗牆和利用率牆的問題一種可能的解決方案是暗矽技術，但這會導致性能下降。另一種解決方案是近閾值電壓計算(NTC)，將電晶體電壓下降到閾值附近，在功耗和性能之間提供更靈活的折衷。但是，將電源電壓降至接近閾值水平會顯著增加片上高速快取的錯誤率。現有容錯方案往往會犧牲快取容量並增加了訪問延遲。針對上述問題，課題完成了如下的研究工作（1）提出軟硬體協同的高速快取容錯方案，各自利用軟體和硬體錯誤的特點來進行高速快取的容錯。我們首次提出了運用高相聯度高速快取來進行故障單元的重映射，通過增加相聯度來保證高速快取的性能，通過重映射保證了可靠性。（2）基於應用程式內部不同數據區域和不同的應用程式之間對存儲錯誤的容忍度有很大的不同這一特性，課題提出了基於應用程式特性的異構容錯高速快取。把程式數據區域按照對錯誤的敏感度進行分類，將高速快取劃分成具有不同容錯能力的區域，通過系統級的頁面著色技術把對錯誤敏感程度不同的數據映射到具有不同容錯能力的高速快取區域中。（3）提出一種基於數據存儲特徵的壓縮校驗策略，分析程式的數據冗餘特徵，針對頻繁出現的全0型數據，重複值型和相鄰數相近值的三種數據分別壓縮。為了合理利用壓縮節省的存儲空間提高空間利用率，提出了支持多個標籤的高速快取結構。最後，針對壓縮的數據進行校驗，減小冗餘信息和相應的校驗位的存儲空間。本課題極大改善了近閾值電壓技術面臨的可靠性問題，減少了容錯帶來的性能損失。項目發表學術論文19篇，申請了16項國家專利，已授權10項，培養博士、碩士研究生共9名，很好地完成了申請報告的各項研究內容，達到了預定目標。
