CMP體系結構的L2 Cache替換算法研究.pdf

1、近40年來，處理器與存儲器訪問速度之間存在著巨大的差距導致內存墻問題變得越來越嚴重，成為影響系統(tǒng)性能最主要的瓶頸之一?，F代計算機體系結構中廣泛采用Cache來緩解兩者之間的速度差距。
　　在典型的CMP(Chip Multi-Processor)體系結構中，多個處理器核共享二級Cache，提高了二級Cache利用率并且能避免復制存儲器硬件資源。但處理器核的分支錯誤預測導致錯誤路徑上的加載缺失向共享的二級 Cache中寫入無用數據，

2、造成二級 Cache的污染，降低了其它核對二級 Cache空間的占用率，增加了二級Cache缺失率，引起存儲資源線程分配的不均衡，甚至導致線程饑餓。因此Cache的替換算法是保證效率的關鍵。如何在盡可能小的開銷下，提高Cache的命中率，使處理器獲得盡可能高的性能，成為當前Cache研究的一個重要課題。
　　本論文詳細研究了常見的CMP中 Cache資源分配及其共享Cache的替換策略。通過對偽LRU算法進行詳細分析，改進了偽LR

3、U算法，提出了FPLRU算法，詳細設計和實現了分支信息緩沖器（BIB），通過BIB來記錄預測路徑的相關信息，從而盡早的將錯誤路徑數據從二級 Cache中替換出去，增加了利用數據局部性的可能?；鶞蕼y試程序實驗結果表明FPLRU算法與偽LRU算法相比Cache失效率有較為明顯的降低。
　　CMP結構中共享L2 Cache，當多個線程運行時，由于資源競爭導致Cache失效增加和系統(tǒng)性能下降。為了研究L2 Cache中線程的變化情況，提出

4、了一種預測L2 Cache失效的Shared-Cache模擬技術，主要利用循環(huán)序列和棧處理技術分析預測L2 Cache的強制性Cache失效、共享數據的Cache容量失效和私有數據的Cache容量失效。利用實驗驗證了模型的有效性，結果表明該模型能夠準確預測L2 Cache的失效。
　　另外，本論文對SimpleScalar模擬器及 CMP-SIM模擬器的Cache模擬及實現機制做了大量的分析及研究工作，用CMP-SIM模擬器及基準