分片式流處理器數(shù)據(jù)并行存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展使微處理器的運(yùn)算能力迅速提升，但訪存速度的增長卻相對(duì)緩慢，“存儲(chǔ)墻”問題日益明顯。存儲(chǔ)系統(tǒng)有限的片外帶寬已經(jīng)成為阻礙程序整體性能提升的瓶頸。分片式流處理器主要面向數(shù)據(jù)并行應(yīng)用，這類應(yīng)用的訪存時(shí)間通常占據(jù)程序整體運(yùn)行時(shí)間的很大比例，同時(shí)傳統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也并不適應(yīng)這類應(yīng)用的訪存特點(diǎn)，因此這個(gè)問題更加嚴(yán)峻。改進(jìn)訪存系統(tǒng)從而減少訪存開銷對(duì)提升分片式流處理器系統(tǒng)的性能非常重要。在片外數(shù)據(jù)傳輸峰值帶寬固定的情況下，提高片外

2、存儲(chǔ)訪問帶寬的使用效率，減少計(jì)算代碼的等待時(shí)間是提升存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵途徑之一。 論文的研究工作著眼于分片式流處理器的數(shù)據(jù)并行存儲(chǔ)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。主要研究內(nèi)容和成果包括以下幾方面。(1)基于流處理器的數(shù)據(jù)并行存儲(chǔ)系統(tǒng)訪存模型、結(jié)構(gòu)特征以及數(shù)據(jù)并行應(yīng)用的訪存特點(diǎn)，定性地分析了其多級(jí)存儲(chǔ)層次和計(jì)算/訪存重疊對(duì)隱藏延遲、改善帶寬的效果。(2)在模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上定量地測(cè)試和分析了在不同負(fù)載特征下，存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)訪存性能的

3、影響。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于訪存模式敏感的部分參數(shù)，需要根據(jù)不同應(yīng)用的并行性和局部性特點(diǎn)來配置它們以改善性能。(3)從提高片外帶寬使用率的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了分片式流處理器的數(shù)據(jù)并行存儲(chǔ)系統(tǒng)。該存儲(chǔ)系統(tǒng)通過多級(jí)調(diào)度能有效地減少片外訪存的次數(shù)，降低片外帶寬需求。軟件模擬和仿真驗(yàn)證的結(jié)果表明，在不同工作負(fù)載特征下，通過設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化選擇，該設(shè)計(jì)能夠充分挖掘存儲(chǔ)訪問的行局部性和體間并行性，提高帶寬的使用效率，從而促進(jìn)整個(gè)分片式流處理器系統(tǒng)的性能提升