文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
分片式流处理器数据并行存储系统的设计与实现
姓名:汪芳
申请学位级别:硕士
专业:计算机系统结构
指导教师:安虹
20090501
摘要半导体技术的飞速发展使微处理器的运算能力迅速提升,但访存速度的增长却相对缓慢,“存储墙侍馊找婷飨浴4娲⑾低秤邢薜钠獯硪丫晌W璋程序整体性能提升的瓶颈。分片式流处理器主要面向数据并行应用,这类应用的访存时间通常占据程序整体运行时间的很大比例,同时传统的存储系统结构设计也并不适应这类应用的访存特点,因此这个问题更加严峻。改进访存系统从而减少访存开销对提升分片式流处理器系统的性能非常重要。在片外数据传输峰值带宽固定的情况下,提高片外存储访问带宽的使用效率,减少计算代码的等待时间是提升存储系统性能的关键途径之一。论文的研究工作着眼于分片式流处理器的数据并行存储系统的分析、设计和实现。主要研究内容和成果包括以下几方面。诹鞔砥鞯氖莶⑿写娲系统访存模型、结构特征以及数据并行应用的访存特点,定性地分析了其多级存储层次和计算/访存重叠对隐藏延迟、改善带宽的效果。谀D馐笛槠教ㄉ定量地测试和分析了在不同负载特征下,存储系统的主要设计参数对访存性能的影响。实验表明,对于访存模式敏感的部分参数,需要根据不同应用的并行性和局部性特点来配置它们以改善性能。犹岣咂獯硎褂寐实慕嵌瘸龇ⅲ计和实现了分片式流处理器的数据并行存储系统。该存储系统通过多级调度能有效地减少片外访存的次数,降低片外带宽需求。软件模拟和仿真验证的结果表明,在不同工作负载特征下,通过设计参数的优化选择,该设计能够充分挖掘存储访问的行局部性和体间并行性,提高带宽的使用效率,从而促进整个分片式流处理器系统的性能提升。关键词:分片式流处理器体系结构数据并行存储系统片外存储访问带宽局部性
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图片目录砥魈逑到峁埂璴处理器体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯逑到峁埂多核处理器体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯逑到峁埂逑到峁埂图M趿鞣么婺P汀微体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.结构及访存状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图宽度对性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图不同的调度策略对性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯蚐么娲淼脑龀け取图短作业优先的腟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。蚏在不同结构下访存时间的对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..微体系结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图流存储系统结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图地址产生器的工作方式饕鞫⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。控制器的结构组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯控制器内各个模块的函数调用关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..圈不同数据访闻模式下越宽度对性麓的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..鞫炔呗远孕阅艿挠跋臁璷⋯⋯⋯⋯⋯⋯深度对性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图硬件模块图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图艇的模块接口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯控制器模块接墨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯控制器发送读/写命令的状态转换图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯淖刺;煌肌逑到峁埂璴圈深度和对性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯的状态转换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.
存储系统的资源消耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图图减少肭笫纠控制器流水访问示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯控制器解决不同存储体冲突示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。存储系统频率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯存储系统的功耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图片目录
表目录表表新型体系结构比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一基本参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.调度策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.表实际应用简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..存储系统子模块说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..各个域的作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.表软件模拟器的核心代码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯蚐结构比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯发送给的数据包⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯地址空间的分配⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.模块接口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯刂破鞯哪?榻涌凇