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研究生:陳俊霖
論文名稱:利用區域性設計有效率的空間共享以及一致性維護機制
論文名稱(外文):A Locality-Aware Set-Level Capacity Sharing and Efficient Coherence Maintenance Mechanism
指導教授:陳青文陳青文引用關係
口試委員:郭育正劉宗杰陳青文
口試日期:2013-07-04
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:資訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:57
中文關鍵詞:單晶片多處理器私有快取空間區域性空間共享集合層級的空間需求不均時間區域性快取替換策略快取一致性
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隨著製程的進步,處理器的速度遠快於存取記憶體的速度,使得記憶體的存
取嚴重影響到系統的效能。在Chip Multiprocessor (CMP)的私有快取架構下,若
能有效地利用整體的快取空間將可以大幅減少記憶體的存取次數。而空間區域性
與時間區域性都會影響到快取空間的使用率,故本文同時考量這兩種區域性對快
取使用率的影響。在空間區域性的部分,快取空間的使用會有不均衡的情況,此
不均衡的情況不只存在於快取與快取之間,甚至還存在於集合與集合之間。因此,
我們提出一個空間共享的機制,將沒有使用到的空間借給空間不足的集合,以改
善快取的命中率。而時間區域性的對快取使用率的影響,則表現在快取替換策略
上。對此,我們提出一個機制來動態決定每一個集合適合的替換策略,以期能讓
快取的使用更有效率。除此之外,我們亦設計了一個在空間共享的機制下,能有
效率地維護快取一致性的方法,此方法能減少廣播與標籤比較的次數,進一步減
少耗電並且改善效能。
誌謝 ................................................................................................................................. i
摘要 ................................................................................................................................ ii
Abstract ......................................................................................................................... iii
目錄 ............................................................................................................................... iv
圖目錄 ........................................................................................................................... vi
表目錄 ......................................................................................................................... viii
第一章 導論 ............................................................................................................ 1
1.1. 研究背景與動機 ............................................................................................ 1
1.2. 研究目標與方法 ............................................................................................ 4
1.3. 本文架構 ........................................................................................................ 5
第二章 相關研究 .................................................................................................... 6
2.1. 空間區域性 .................................................................................................... 6
2.2. 時間區域性 .................................................................................................... 8
2.3. 空間區域性併以時間區域性 ...................................................................... 10
2.4. 相關研究結論 .............................................................................................. 11
第三章 問題定義 .................................................................................................. 12
第四章 Set-Level Sharing and Cache Coherence Maintenance ........................... 14
4.1. 改善快取使用效率以提升命中率 .............................................................. 14
4.1.1. 使用影集合與飽和計數器來評估空間需求 .......................................... 15
4.1.2. 時間區域性之考量 .................................................................................. 16
4.1.3. 空間區域性 vs. 時間區域性 ................................................................. 17
4.1.4. 配對(coupling) ......................................................................................... 19
4.1.5. 解除配對(decoupling) ............................................................................. 22
4.2. 維護資料一致性 .......................................................................................... 23
4.2.1. Coherence Maintenance Table (CMT) .................................................... 24
4.2.2. cooperative data 之一致性維護 .............................................................. 31
第五章 模擬實驗與結果 ...................................................................................... 36
5.1. 模擬環境 ...................................................................................................... 36
5.2. 模擬結果 ...................................................................................................... 38
5.2.1. 空間共享 .................................................................................................. 38
5.2.2. 維護資料一致性之效能改善 .................................................................. 42
第六章 結論 .......................................................................................................... 46
參考文獻 ...................................................................................................................... 47
[1]W. Wulf and S. McKee. Hitting the wall: Implications of the obvious. ACM SIGArch Computer Architecture News, Mar. 1995, pp.20–24.
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[3]Next Generation Intel® Microarchitecture (Nehalem) Architectural Insights
[4]M. Zhang and K. Asanovic, "Victim Replication: Maximizing Capacity while Hiding Wire Delay in Tiled Chip Multiprocessors", in Proc. ISCA, 2005, pp.336-345.
[5]J. Chang and G.S. Sohi, "Cooperative Caching for Chip Multiprocessors", in Proc. ISCA, 2006, pp.264-276.
[6]M.K. Qureshi, "Adaptive Spill-Receive for robust high-performance caching in CMPs", in Proc. HPCA, 2009, pp.45-54.
[7]D. Rolán, B.B. Fraguela, and R. Doallo, "Adaptive line placement with the set balancing cache", in Proc. MICRO, 2009, pp.529-540.
[8]D. Zhan, H. Jiang, and S.C. Seth, "Exploiting set-level non-uniformity of capacity demand to enhance CMP cooperative caching", in Proc. IPDPS, 2010, pp.1-10.
[9]M.K. Qureshi, A. Jaleel, Y.N. Patt, S.C.S. Jr., and J.S. Emer, "Adaptive insertion policies for high performance caching", in Proc. ISCA, 2007, pp.381-391.
[10]A. Samih, A. Krishna, and Y. Solihin, “Understanding the limits of capacity sharing in CMP Private Caches”, in CMP-MSI, 2009.
[11]A. Samih, Y. Solihin, and A. Krishna, "Evaluating placement policies for managing capacity sharing in CMP architectures with private caches", presented at TACO, 2011, pp.15-15.
[12]D. Zhan, H. Jiang, and S.C. Seth, "STEM: Spatiotemporal Management of Capacity for Intra-core Last Level Caches", in Proc. MICRO, 2010, pp.163-174.
[13]Christian Fensch, Nick Barrow-Williams, Robert Mullins, Simon Moore, "Designing a Physical Locality Aware Coherence Protocol for Chip-Multiprocessors", IEEE Transactions on Computers, 21 Feb. 2012.
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