PCM磨損均衡算法容錯性及模擬的并行性研究.pdf

1、由于動態(tài)隨機存取存儲器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）的可擴展性變得越來越差，逐漸接近極限，其已經不能滿足高性能計算機主存的大容量需求。相變存儲器（Phase Change Memory,PCM）以其非易失性、低靜態(tài)能耗、高集成度、字節(jié)尋址等特性得到了研究者的廣泛關注和研究。與其它非易失性存儲材料相比，PCM正成為當前DRAM與與非閃存（Not ANDFlash,NAND Flash）替代品中強有力

2、的競爭者。然而PCM依然存在寫壽命過低、寫能耗及寫延遲高的問題。另一方面，當前的PCM模擬器在進行對PCM有關研究的模擬時，普遍存在模擬時間過長的問題。LPCMsim是一個專為磨損均衡與糾錯研究而設計的輕量級PCM模擬器，模擬速度相比其它模擬器有較大改善，但仍然較慢。本文將主要針對PCM寫壽命過低及LPCMsim模擬速度問題展開以下兩方面研究：
　　磨損均衡是一種能有效延長PCM寫壽命的方法，但本文通過分析發(fā)現(xiàn)，磨損均衡存在數(shù)據(jù)污

3、染問題：當PCM空間有數(shù)據(jù)塊出錯時，磨損均衡會將這個錯誤逐漸放大，直致整個地址空間的數(shù)據(jù)都成為無效的數(shù)據(jù)，降低PCM壽命及可靠性。本文提出了一種在PCM磨損均衡算法上增加壞塊管理機制的方法（Wear-Leveling with Wear-Out,WLWO），從而有效地防止磨損均衡算法的數(shù)據(jù)污染問題。WLWO首先在PCM中預留部分空間，每當有新的壞塊出現(xiàn)，WLWO從預留空間中找到一個空閑的數(shù)據(jù)塊將其替換，以防止磨損均衡算法將未出錯的數(shù)據(jù)遷

4、入壞塊中造成數(shù)據(jù)污染,大大延長PCM的壽命。WLWO通過設置少量的BMT專用緩存，將頻繁訪問到的數(shù)據(jù)塊標記項交換到專門緩存中，減少地址轉換延時。WLWO還采用了替換指針鏈壓縮的方法，顯著減少地址轉換時讀取替換指針的次數(shù)，從而減少PCM的訪問延遲。實驗表明，WLWO只需設置少量的預留空間，便可以顯著地提高PCM的寫壽命，且所需的時間開銷較小。
　　針對LPCMsim的模擬時間仍然太長的問題，本文提出了一種基于多線程技術的LPCMsi

5、m并行化方法。該方法根據(jù)磨損均衡算法的分組特性，通過把不同的分組分配到不同的處理核心上完成對應模擬，以此充分利用當前流行的多核處理器的處理性能，達到提高 LPCMsim模擬器的模擬速度的目的。LPCMsim在實際模擬前將trace預處理：根據(jù)給定的分組方案，通過請求分發(fā)器將對應到不同分組的訪問請求分發(fā)到各自的緩沖區(qū)。而實際模擬時各分組并行執(zhí)行，重放各自的trace。實驗證明，并行LPCMsim的模擬速度相比原LPCMsim得到大幅提升，