《面向共享Cache多核處理器的低功耗關鍵技術研究》是依託北京工業大學，由方娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向共享Cache多核處理器的低功耗關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：方娟
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低功耗是多核/眾核處理器發展中所追求的重要目標之一。隨著處理器核心數量的增多，會帶來線延遲增加和功耗增大的問題。共享Cache的結構對多核體系結構的處理器功耗有著重要的影響。面向共享Cache的多核處理器低功耗技術的研究對未來不斷發展的眾核處理器、艾級超級計算機等的低功耗設計有重要意義。.本項目將在已有相關研究的基礎上，著重對多核處理器中共享二級Cache的劃分方法、路預測算法和Cache可重構方法進行研究來降低功耗。利用程式運行的局部性原理，通過私有和共享兩種資源分配方式相結合來實施共享Cache的混合劃分，通過關閉Cache列來降低功耗；通過綜合考慮Cache的訪問頻率和LRU替換算法，預測同一個數據組中下一個預先訪問的數據路，避免對不命中的路的訪問；根據套用需求動態改變Cache的相聯度及相應參數，使每一路或多路能在不同的情況下處於工作或休眠狀態，從而降低功耗。
結題摘要
處理器晶片的功耗不但在很大程度上影響著處理器的性能、封裝、測試以及系統可靠性等，還在很大程度上決定著未來多核處理器設計的發展方向。本項目的主要研究內容分為幾個部分，一是對多核處理器的共享Cache設計更好的劃分算法，實現在運行同一個套用時，使用更少的Cache列，關閉剩餘列，達到降低系統功耗的目的；二是對共享在Cache劃分的基礎上對劃分給該進程/執行緒的路進行預測，並結合訪問頻率，根據上次Cache訪問的結果路和訪問頻率最高的路來決定同一個數據組中下一次預先訪問的數據路，根據預測的結果直接訪問該路數據，從而大幅度降低功耗；三是設計可重構Cache的自適應算法，使其套用於多核處理器的共享二級Cache上，通過在程式運行的過程中動態地獲得程式運行相關參數繼而改變二級Cache的相聯度，從而在保證性能的基礎上降低功耗。 本課題的重要研究成果包括如下幾個方面：1. 提出了面向低功耗的多核Cache動態混合劃分算法(LPHP)以及兼顧公平性的LP-PF算法。通過多核系統模擬器Simics來實現對多核系統Cache訪存狀況的模擬，結合SPEC2000測試用例，實驗結果表明，在16核處理器系統中，LPHP算法與基於傳統LRU替換策略的均分算法相比，功耗降低了20.3%；與LP-CP算法相比，功耗降低了12.77%。LP-PF算法的公平性比LPHP算法提高了51.58%，性能損失非常小；比面向公平性的I-F CP算法，功耗降低了11.71%，公平性提高了18.87%。因此，本課題提出的LP-PF算法無論是在降低系統功耗方面還是提升系統公平性方面都有很大的提高。2. 提出了一種基於共享Cache劃分的路預測算法WPP-L2，在降低共享L2 Cache的訪問功耗的同時儘量最佳化對共享L2 Cache的使用。通過多核模擬器對該算法進行驗證，在16核處理器系統的共享L2 Cache下實現了WPP-L2路預測算法，WPP-L2比普通的劃分算法的執行時間平均提高25.7%，功耗降低65%；3.設計出用於共享Cache重構策略，通過加入重構模組對共享Cache進行動態的關閉或打開，達到重構的目的。實驗結果證明該策略平均降低了系統的18%功耗，對性能的損失平均為4%左右。上述在多核處理器中針對共享Cache所做的最佳化工作對未來不斷發展的眾核處理器、艾級超級計算機等的低功耗設計有著重要的意義。
