面向性能优化的压缩cache技术研究

发布时间：2024-02-21 09:37

　　随着半导体工艺技术的不断发展,微处理器与主存速度差距的日益扩大,现代处理器都需要在片内设置一级或多级cache来缓解越来越严重的访存压力。此外,随着芯片容量的不断扩大,多核与多线程结构正成为当代处理器设计的主流。这些结构通过开发线程级并行性,极大地提高了处理器的计算吞吐率,但同时也对处理器存储子系统的访存吞吐能力提出了严重的挑战。处理器设计者需要在固定的芯片面积内权衡和折衷,或者增加内核数量或线程数量以获得更高的计算能力,或者增加片内Cache容量来提高处理器的访存能力,从而使这两种能力达到相互平衡,避免任何一种能力成为性能瓶颈。将压缩技术应用于片内cache数据的保存,能显著增加cache的有效容量,减少cache失效,缓解处理器计算能力与其访存压力之间的矛盾,使上述权衡向计算能力倾斜。但是,压缩cache技术也会给处理器的性能带来负面影响,因为,它在处理器的访存延迟中加入了数据解压缩的延迟开销,使cache的命中延迟增加。为此,本文以提升系统性能为目标,从简化压缩编码算法降低解压缩延迟,优化压缩cache层次结构,改善压缩cache替换策略等几个方面着手,对压缩cache的性能优化...

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【部分图文】：

图1.11980年以来存储器和CPU性能随时间而提高的情况(以1980年时的性能为基准)

图1.11980年以来存储器和CPU性能随时间而提高的情况(以1980年时的性能为基准)Cache是位于处理器内核与主存之间的一级或多级速度快、容量较小的高速缓冲存储器，它与主存一道形成层次式访存结构，以便减少具有高延迟开销的主存访问次数，提高系统性能。在使用caehe访存结构的....

图1.2Cache子块大小对内部碎片的影响

图1.2Cache子块大小对内部碎片的影响1.3压缩cache性能优化的方法将压缩技术应用于cache数据的保存带来了两个方面的影响:一方面，由于它能够显著增加。ache的有效容量，降低cache失效率，从而能够减少处理器的平均访存时间。但是另一方面，压缩cache在处理器的访....

图2.1动态常见值字典结构

G.Keramidas等研究者设计了一种可动态改变字典入口的常见值压缩算法【71]。算法利用了低功耗caehe技术中的。aehe衰退(caehedee叮)技术来使字典中的常见值动态变化。如图2.1所示，该算法给每个字典入口关联一个衰退计数器，如果系统访问的。ache行中没有压缩....

图2.2MXT系统中的L3cache行通过CTT映射到物理的压缩存储行压缩主存的一个重要实例是IBM的存储扩展技术[3](MemoryExPand

国防科学技术大学研究生院博士学位论文储层次间交换数据时，可以直接按照数据的压缩形式进行传输，从的解压缩开销，节省数据传输的带宽。2.1主存以及片内L2/L3Cache压缩结构压缩技术应用于主存，其目的主要是为了以较低的硬件成本来增加量，减少与磁盘外存之间代价高昂的页面交换的次数，....

本文编号：3905303