多核共享CACHE管理策略?xún)?yōu)化.pdf

1、多核處理器(Multi-Processor)的快速發(fā)展，使其成為當(dāng)今高性能微處理器發(fā)展的主潮流。隨著多核處理器的普及、半導(dǎo)體工藝的進(jìn)一步發(fā)展，芯片上將集成更多的核，這不僅給二級(jí)Cache結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大挑戰(zhàn)和壓力，“存儲(chǔ)墻”問(wèn)題也將會(huì)變得日益明顯和加劇。目前主流的多核處理器一般采用的是共享或者私有Cache結(jié)構(gòu)。但是，單一的私有或者共享高速緩存的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能有效地權(quán)衡訪(fǎng)問(wèn)延遲與容量的關(guān)系，共享CACHE的結(jié)構(gòu)能夠充分有效地利用共享資

2、源，但是訪(fǎng)問(wèn)速度會(huì)受到全局線(xiàn)延遲影響而變慢；私有CACHE的結(jié)構(gòu)通過(guò)數(shù)據(jù)復(fù)制可以獲得較快的訪(fǎng)問(wèn)速度，然而，容量限制會(huì)導(dǎo)致較多的訪(fǎng)問(wèn)失效。如何有效地利用有限的多核共享資源，使得高速緩存最大程度的發(fā)揮作用，具有非常重要的意義。本文針對(duì)這些問(wèn)題，分別對(duì)一級(jí)與二級(jí)高速緩存管理策略進(jìn)行了研究，本文的主要研究?jī)?nèi)容與工作包括：
　　1.基于共享指令Cache的緩存管理方法。一級(jí)高速緩存的技術(shù)難度和制造成本在各級(jí)緩存中都是最高的，所以充分的利用一

3、級(jí)高速緩存對(duì)整個(gè)緩存的管理非常重要。本文提出兩個(gè)核心共享相同的L1指令Cache、每個(gè)核私有L1數(shù)據(jù)Cache、多核共享最后一級(jí)緩存的結(jié)構(gòu)，更好的利用總的高速緩存空間。實(shí)驗(yàn)表明，該管理方法在Cache命中率及IPC(CPU每一時(shí)鐘周期內(nèi)所執(zhí)行的指令數(shù))都有一定提高。
　　2.基于多核二級(jí)共享Cache的管理策略的優(yōu)化。本文深入研究了多核處理器中二級(jí)Cache資源的組織與管理機(jī)制，提出了一種基于冒泡算法改進(jìn)的Cache替換算法，還提

4、出了在區(qū)分共享與私有數(shù)據(jù)的情況下，兩種數(shù)據(jù)采用不同的Cache管理策略。Cache替換策略是緩存管理優(yōu)化中的重要方法，本文采用冒泡替換算法同時(shí)考慮數(shù)據(jù)塊被訪(fǎng)問(wèn)的頻率和訪(fǎng)問(wèn)的最近信息的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)該算法，實(shí)驗(yàn)表明，改進(jìn)的算法雖然在硬件開(kāi)銷(xiāo)上有較少的增加，但有效的提升了Cache的命中率以及系統(tǒng)吞吐率；最后本文通過(guò)區(qū)分共享與私有的數(shù)據(jù)，兩種類(lèi)型的數(shù)據(jù)采用不同的替換策略的緩存管理方法，提高共享數(shù)據(jù)在緩存中的存留時(shí)間來(lái)優(yōu)化緩存管理，實(shí)驗(yàn)證明該方法