面向媒体处理可重构系统中数据缓存结构和缓存管理策略优化

研究并提出了一种基于二维访问机制的数据缓存结构(2D Cache)及其更新管理策略.该缓存结构可以在控制硬件存储开销的同时,有效提升可重构系统的数据访存效率.实验结果表明,仅需4 KB的数据缓存开销,可重构系统的访存性能提升了29.16%~35.65%,并且对于不同标准的媒体处理算法都能获得较好的优化效果,具有很好的适应性.芯片实测结果表明,采用所述数据缓存设计方案的可重构系统可以在200 MHz下满足1080p@30fps的实时解码需求,与国际同类架构相比,性能提高了1.8倍以上.     

一种多核系统上基于页着色的内存管理方法

当今多核平台多采用共享cache架构,但运行在不同核心上的任务产生的cache冲突问题使得程序最坏执行时间的计算变得十分困难.因此提出了使用页着色技术解决多核cache上访存冲突问题的方法.此方法的优势是使已有单核上的WCET分析技术可以对多核上的程序执行时间进行判断.在Linux系统上实现了支持页着色划分方法的内存管理系统,并使用通用测试集对该方法进行了测试.实验结果表明,在Linux系统中使用该内存管理策略后,在相同多核平台上程序的执行时间变得可预测.     

一种面向雷达应用可重构系统中的数据缓存结构和管理机制

针对面向雷达应用可重构系统中数据访存冲突严重、访存效率低等问题,设计了一种片上层次化缓存结构,并提出基于多存储体的线性步长可变的数据管理机制,通过建立计算阵列与各个存储体之间可配置的逻辑映射关系,有效降低了多个计算阵列并行工作时产生的访存冲突,提高了计算阵列的数据吞吐率,从而提高了可重构系统的数据访存性能.结果表明,该方案在有效控制硬件开销的同时,极大地提升了可重构系统的数据访存性能,以256~64×210快速傅里叶变换为例,与经典并行缓存机制相比,可重构系统的数据访存性能提升了26.09%~54.60%.     

面向按序执行处理器的预执行机制设计空间探索

面向按序执行处理器开展预执行机制的设计空间探索, 并对预执行机制的优化效果随 Cache 容量和访存延时的变化趋势进行了量化分析。实验结果表明, 对于按序执行处理器, 保存并复用预执行期间的有效结果和在预执行访存指令之间进行数据传递都能够有效地提升处理器性能, 前者还能够有效地降低能耗开销。将两者相结合使用, 在平均情况下将基础处理器的性能提升 24. 07% , 而能耗仅增加 4. 93% 。进一步发现, 在 Cache 容量较大的情况下, 预执行仍然能够带来较大幅度的性能提升。并且, 随着访存延时的增加, 预执行在提高按序执行处理器性能和能效性方面的优势都将更加显著。     

面向按序执行处理器的预执行机制设计空间探索(英文)

面向按序执行处理器开展预执行机制的设计空间探索,并对预执行机制的优化效果随 Cache 容量和访存延时的变化趋势进行了量化分析。实验结果表明,对于按序执行处理器,保存并复用预执行期间的有效结果和在预执行访存指令之间进行数据传递都能够有效地提升处理器性能,前者还能够有效地降低能耗开销。将两者相结合使用,在平均情况下将基础处理器的性能提升 24. 07% ,而能耗仅增加 4. 93% 。进一步发现,在 Cache 容量较大的情况下,预执行仍然能够带来较大幅度的性能提升。并且,随着访存延时的增加,预执行在提高按序执行处理器性能和能效性方面的优势都将更加显著。     

异构多核处理器多发射动态调度技术研究

随着多核处理器片上集成核数的不断增多，并行任务的调度能力越来越成为制约性能提升的关键因素。文章设计一种面向异构多核计算系统的动态任务调度控制器，主要实现动态监控处理单元的负载情况、动态任务唤醒、乱序任务发射、任务写回安全管理等功能；研究一种降低计算任务结果数据回写双倍数据速率(double data rate, DDR)外存储器次数的方法，大幅节省了访存开销，进一步提升了计算性能。仿真及性能测试显示，在典型应用场景下，与已有的无动态调度功能的任务发射控制器相比，实现了显示并行化编程向任务并行的自动化控制过渡，编程友好度显著提高，在不同类型的测试案例中，分别提升了11.3%～37.9%的计算性能。     

一种面向非规则数据的阶段预取策略

传统数据预取技术在处理结构复杂的非规则数据应用程序时,其有效性明显下降.为解决该问题,基于程序运行时的数据访问阶段性特征,提出一种面向非规则数据的阶段预取策略,研究应用程序的访存规律和预取调度机制.该策略通过在线剖析应用程序的访存行为,识别出数据访问性能指标表现稳定的数据访问阶段和具有特定访存行为特征的预取阶段,实现在数据访问阶段内依据预取阶段的访存规律动态调整预取操作.实验结果表明,与传统的基于访存流模型的数据预取技术相比较,阶段预取策略能够减少无用预取,更加有效地改善非规则数据应用程序性能.     

三维众核片上处理器存储架构研究

三维众核片上处理器的研究近年来逐渐引起了学术界的广泛关注.三维集成电路技术可以支持将不同工艺的存储器层集成到一颗芯片上,三维众核片上处理器可以集成更大的片上缓存以及主存储器.研究三维众核片上处理器存储架构,探索了集成SRAM L2cache层,DRAM主存储器层等,对三维众核片上处理器性能的影响.从仿真结果可知,相比集成1层L2cache,集成2层L2cache的三维众核片上处理器性能最大提高了55%,平均提高34%.将DRAM主存储器集成到片上最大可以提高三维众核片上处理器80%的系统性能,平均改善34.2%.     

新兴多核工作负载访存行为的定量分析

工作负载分析是片上多处理器末级缓存设计的关键先导工作。分析了一组访存密集型多线程RMS(recognition-mining-synthesis)工作负载工作集大小、数据共享行为和空间局部性等访存行为,研究了末级缓存的设计空间,探讨了未来片上多处理器的缓存体系结构设计。实验结果表明:大容量DRAM缓存有助于满足这组负载的大工作集对缓存容量的需求,使用128MB DRAM缓存比不使用时平均可以减少18%的L1缓存缺失延迟;共享缓存设计比私有设计性能更好,8MB的共享缓存可以比相同总容量的私有缓存提高25%的缓存性能;基于步长的硬件数据预取机制可以提高25%的性能。因此,对于访存密集型RMS负载,宜采用一个128MB的DRAM缓存、一个8MB片上SRAM缓存,结合一个8表项的流式预取器,构成缓存子系统。     

利用访存模式构建GPU高效率数据访问

针对访存相对密集的应用,提出了一种基于访存模式高效率数据访问技术。该技术结合应用程序的访存特性和GPU的片上高速共享存储器特性减少应用程序对高延迟片外存储访问的次数从而提高系统数据访问的效率,通过在不同架构的GPU上进行了验证,分别取得了N卡最高9倍和A卡最高8倍的加速效果,并对各个优化策略在不同架构GPU上取得效果的原因进行了分析。