相變存儲器的模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、DRAM的可擴(kuò)展性由于變得越來越差，逐漸接近極限，不能滿足高性能計(jì)算機(jī)主存的大容量需求。相變存儲器(PhaseChangeMemory，PCM)是一種新興的非易失性字節(jié)尋址的存儲器，有望成為DRAM的一種替代產(chǎn)品。PCM相比DRAM具有更高的集成度、更低的靜態(tài)功耗和非易失性優(yōu)點(diǎn)。但是，PCM也存在有較大的讀寫延遲、有限的寫壽命等缺點(diǎn)。這些問題阻礙了PCM的廣泛應(yīng)用。磨損均衡和硬件錯(cuò)誤糾正是延長PCM壽命的有效方法。目前缺乏成熟的器件用于

2、PCM的壽命研究，而用軟件模擬PCM是一種有效的研究方法。本文研究PCM的壽命問題，主要包括以下兩個(gè)方面的工作:
　　研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)內(nèi)存trace驅(qū)動的PCM模擬器LPCMsim，可以模擬PCM的磨損均衡和糾錯(cuò)算法。LPCMsim讀取內(nèi)存trace產(chǎn)生請求，然后分別對內(nèi)存trace進(jìn)行磨損均衡或者糾錯(cuò)的模擬，最后統(tǒng)計(jì)分析并輸出結(jié)果。我們提出了4種不同的策略來解決PCM模擬中的準(zhǔn)確性、復(fù)雜性和模擬速度的關(guān)鍵問題。第一，LPCMsi

3、m不模擬訪問PCM的時(shí)間。第二，LPCMsim用模塊化的設(shè)計(jì)思想，盡可能地將模擬器的主體功能與模擬的算法實(shí)現(xiàn)分開。第三，LPCMsim專注于PCM磨損均衡和糾錯(cuò)，直接模擬PCM內(nèi)存的訪問，去除不必要的模塊和功能，不模擬CPU指令的具體執(zhí)行過程。第四，LPCMsim分別針對不同的PCM糾錯(cuò)算法的模擬進(jìn)行了不同的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，LPCMsim的模擬時(shí)間明顯短于兩個(gè)體系結(jié)構(gòu)模擬器，它是一個(gè)高效的輕量級的PCM模擬器。
　　針對PCM

4、磨損均衡算法的在惡意攻擊下壽命明顯降低的問題，從兩個(gè)方面改進(jìn)傳統(tǒng)的基于分區(qū)的Start-Gap算法的分區(qū)映射方法，稱新的算法為多向Start-Gap算法。首先，它將分區(qū)的靜態(tài)映射方式改為動態(tài)映射方式，使得映射關(guān)系無法計(jì)算，從而防止了攻擊。其次，它將分區(qū)到分區(qū)的映射方式改為分區(qū)到全局空間的映射方式，使得一個(gè)邏輯地址可以映射到任何一個(gè)物理地址，從而提高了磨損均衡效果。我們在LPCMsim模擬器上實(shí)現(xiàn)了多向Start-Gap算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示