路預(yù)測與可重構(gòu)Cache的自適應(yīng)低能耗算法研究.pdf

1、在嵌入式系統(tǒng)中，性能和功耗是設(shè)計者最關(guān)心的兩大要素。Cache作為處理器與主存之間的橋梁，能夠從主存中移入部分?jǐn)?shù)據(jù)，利用所訪問數(shù)據(jù)的空間局部性和時間局部性，減少訪存時間，提高系統(tǒng)性能。然而，Cache的存在不僅占據(jù)了大量的芯片面積，也帶來了較大的能耗開銷。從體系結(jié)構(gòu)層面上優(yōu)化Cache設(shè)計，能夠給系統(tǒng)的性能和功耗帶來很大的改善。 路預(yù)測是一種基于傳統(tǒng)組相聯(lián)Cache的低功耗優(yōu)化策略，以一定的性能損失為代價來減少系統(tǒng)功耗，但在預(yù)測

2、準(zhǔn)確性較低的情況下，不僅無助于功耗的降低，反而會導(dǎo)致性能的退化。本文為路預(yù)測Cache提出了一種動態(tài)自適應(yīng)路預(yù)測算法DSTWP(Dynamic Self-Tuning Way-Predicting)。該算法通過對路預(yù)測有效性進(jìn)行判斷并監(jiān)測時間片內(nèi)程序局部性的變化，選擇性開啟和關(guān)閉路預(yù)測機(jī)制，消除路預(yù)測帶來的不利影響，極大地減少預(yù)測失效開銷，滿足高性能低功耗的要求。 由于不同的應(yīng)用程序?qū)ache的容量需求不同，在系統(tǒng)中引入動態(tài)可

3、重構(gòu)Cache，可以在程序運(yùn)行時，根據(jù)Cache工作狀態(tài)的變化，對Cache容量進(jìn)行調(diào)整。從而，在對性能造成最小沖擊的情況下，較大地提高能量效率。本文針對可重構(gòu)Cache提出了一種基于LRU算法的動態(tài)路重構(gòu)算法LRU-WRC(LRU based WayReconfigurable Cache)。該機(jī)制利用LRu算法，對Cache各塊的訪問情況進(jìn)行實時統(tǒng)計，并設(shè)立一個時間片的預(yù)判過程，根據(jù)LRU統(tǒng)計的Cache實時訪問情況，選擇各組中局部

4、性最差的塊進(jìn)行屏蔽。該路重構(gòu)策略能夠準(zhǔn)確地對Cache路進(jìn)行動態(tài)配置，顯著地減少了Cache訪問的動態(tài)能耗；而重構(gòu)狀態(tài)預(yù)判機(jī)制，使得Cache命中率比較穩(wěn)定，性能得到了很好的維持。 路預(yù)測Cache與可重構(gòu)Cache均在保證性能的前提下，有效地降低了系統(tǒng)的能量消耗。同時，這兩種技術(shù)的原理又有一定的相似之處，在目前的研究中，這兩種技術(shù)經(jīng)常被獨(dú)立應(yīng)用于計算機(jī)系統(tǒng)的低能耗設(shè)計當(dāng)中。本文為路預(yù)測和可重構(gòu)Cache提出了基于路預(yù)測的動態(tài)路