基于2BP2GA算法的混合內(nèi)存系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化研究.pdf

1、目前，綠色節(jié)能已經(jīng)成為了越來(lái)越熱門(mén)的研究方向。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，已經(jīng)有很多針對(duì)CPU等部件節(jié)約能耗的研究。存儲(chǔ)器作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要部件之一，其能耗占據(jù)了整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能耗的三分之一以上，而且隨著其他部件節(jié)能研究的逐步發(fā)展，該占比還在逐步提升，因此，研究存儲(chǔ)器能耗的優(yōu)化，并保證存儲(chǔ)器性能的研究是很有必要的一項(xiàng)課題。與此同時(shí)，新型的存儲(chǔ)器也在逐步進(jìn)入人們視線范圍中，他們相比傳統(tǒng)存儲(chǔ)器有擁很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，相變存儲(chǔ)器(PCM)作為其中的代表，因其

2、獨(dú)特的物理性質(zhì)、非易失、低能耗等特點(diǎn)，成為了新型存儲(chǔ)器的佼佼者之一，它作為未來(lái)DRAM的替代品逐漸被很多研究者和研究機(jī)構(gòu)深入研究。但是，新型存儲(chǔ)器也存在其耐寫(xiě)次數(shù)限制、寫(xiě)入能耗較高等方面的問(wèn)題而在短期內(nèi)較難被單獨(dú)而廣泛的應(yīng)用在內(nèi)存系統(tǒng)當(dāng)中。因此本文針對(duì)目前傳統(tǒng)存儲(chǔ)器和相變存儲(chǔ)器各自的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了混合型的內(nèi)存系統(tǒng)，以傳統(tǒng)DRAM讀寫(xiě)速度快，無(wú)讀寫(xiě)壽命限制和PCM常態(tài)下低能耗的特點(diǎn)互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，并建立數(shù)學(xué)模型，針對(duì)最低能耗和最低PCM寫(xiě)入

3、次數(shù)等相悖的多優(yōu)化目標(biāo)，提出2BP2GA算法進(jìn)行任務(wù)分配的優(yōu)化，并通過(guò)與整數(shù)規(guī)劃算法(ILP)的比較，分析和評(píng)估了算法性能，相對(duì)于純DRAM系統(tǒng)，2BP2GA算法優(yōu)化的混合內(nèi)存平均節(jié)約能耗35.66％。
　　首先，本文分析了傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的弱勢(shì)與新型存儲(chǔ)器的研究現(xiàn)狀，并深入研究了相變存儲(chǔ)器的物理特性及其性能優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)討論了對(duì)多目標(biāo)問(wèn)題的求解方式的研究現(xiàn)狀，為接下來(lái)的研究設(shè)計(jì)打好理論基礎(chǔ);
　　其次，針對(duì)傳統(tǒng)存儲(chǔ)器與相變存儲(chǔ)器各

4、自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了混合內(nèi)存系統(tǒng)的存儲(chǔ)方式，將兩種不同的存儲(chǔ)器的優(yōu)勢(shì)互相結(jié)合取長(zhǎng)補(bǔ)短，并根據(jù)實(shí)際需要建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)任務(wù)集中每個(gè)任務(wù)被分配在哪種存儲(chǔ)器上的分配方案做研究，探討針對(duì)兩種相悖的目標(biāo)下的Pareto前沿;
　　接著，提出2BP2GA算法，針對(duì)二維裝箱模型，提出了一種改進(jìn)的遺傳算法來(lái)得到多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的Pareto前沿，以此替代傳統(tǒng)的唯一解方案，使得在計(jì)算可行解集的前提下，保證高效的計(jì)算。這種算法在更高維和其他多目標(biāo)優(yōu)化

5、問(wèn)題上也能有效的應(yīng)用;
　　最后，本文針對(duì)提出的混合內(nèi)存系統(tǒng)模型，采用提出的算法進(jìn)行任務(wù)集的規(guī)劃，隨機(jī)生成了包含不同規(guī)模任務(wù)集的測(cè)試數(shù)據(jù)集，在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)，利用MATLAB進(jìn)行仿真，對(duì)給定的不同任務(wù)數(shù)、不同工作量的任務(wù)集計(jì)算兩個(gè)相悖優(yōu)化目標(biāo)的Pareto前沿，并與傳統(tǒng)的ILP算法進(jìn)行比較討論。
　　本算法基于二維裝箱算法對(duì)PCM和DRAM混合內(nèi)存系統(tǒng)任務(wù)分配的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行建模，并提出了基于2階段遺傳算法Pareto