面向低功耗多核处理器共享Cache可重构方法的研究

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随着集成电路技术的发展,芯片技术得到快速的发展,计算机技术也发展到有史以来的最高点,计算机也日益普遍成为人们生活的一种工具,它以快速、方便、易用著称。但同时它的功耗问题也越来越引起人们的关注,特别是在大的数据中心,成百上千的电脑每天的电量数字都是相当的庞大的。在现在计算机系统中,处理器的速度远高于存储器的速度,为了缓解主存与处理器速度的差异,引入了高速缓存Cache,它作为CPU与主存的桥梁,发挥了重要的作用。同时,相关研究证明,Cache占据了处理器的大部分功耗。为了响应节能环保的理念,降低功耗,优化Cache的功耗就有着相当重要的意义。  本文通过研究当前Cache低功耗相关技术,得知当前Cache低功耗技术主要用于嵌入式领域中。功耗降低可以从不同的层次进行优化,分为算法级、结构级、寄存器传输级、逻辑门级和电路级。不同设计层次从不同的角度对功耗进行优化,可以达到的低功耗设计效果也完全不同。抽象层次越高表明在数字系统的设计中对低功耗问题考虑得越早,效果越明显。对应的技术可以总结为基于模块分割的方法,基于路预测的方法,添加一级小cache的方法,优化标识比较的方法和动态可重构cache的方法等。其中cache重构方法分为静态cache重构和动态cache重构,通过静态cache重构了解cache重构的必要性,并能有效的减少系统的功耗,继而设计出动态Cache重构的体系结构。  针对当前研究现状,通过在多核共享Cache上运用重构方法,首先改变当前Cache的配置参数,运行程序,分析实验结果,得到Cache重构的必要性,然后设计出用于共享Cache重构策略,通过加入重构模块对共享Cache进行动态的关闭或打开,达到重构的目的。重构通过相应的算法对系统的结构进行控制,以一定的时间间隔为周期,设定相应的常量和变量,统计前一阶段相应的参数,决定接下来的时间里是否需要重构,从而来降低功耗。整个实验平台用当前流行的模拟器gems模拟出此体系结构,运行测试程序,得到此体系结构平均降低了系统的18%功耗,对性能的损失平均为4%左右。
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