基于PCM的GPU存储系统设计与优化

以相变存储器(PCM)为代表的新型非易失存储器,具有存储密度高和静态功耗低等传统动态随机存取存储器(DRAM)不具备的优势,但是过长的写操作延时会严重影响访存的性能.设计了基于PCM的图形处理器(GPU)中的存储系统.仿真结果显示,GPU程序中的内存写请求分布极不均匀,对少量的内存地址有非常高的访问频率.面向访存分布不均匀特点的专用缓冲单元设计,能够有效地存储频繁访问的内存数据,从而减少对PCM的访问次数,消除过长的写操作延时对系统性能的负面影响.GPU仿真器上的结果显示,基于缓冲单元的PC以存储系统能够有效地提高GPU的运算性能.     

基于相变存储器的存储系统与技术综述

随着处理器和存储器之间性能差距的不断增大,"存储墙"问题日益突出,但传统DRAM器件的集成度已接近极限,能耗问题也已成为瓶颈,如何设计扎实有效的存储架构解决存储墙问题已成为必须面对的挑战.近年来,以相变存储器(phase change memory,PCM)为代表的新型存储器件因其高集成度、低功耗的特点而受到了国内外研究者的广泛关注.特别地,相变存储器因其非易失性及字节寻址的特性而同时具备主存和外存的特点,在其影响下,主存和外存之间的界限正在变得模糊,将对未来的存储体系结构带来重大变化.重点讨论了基于PCM构建主存的结构,分析了其构建主存中的写优化技术、磨损均衡技术、硬件纠错技术、坏块重用技术、软件优化等关键问题,然后讨论了PCM在外存储系统的应用研究以及其对外存储体系结构和系统设计带来的影响.最后给出了PCM在存储系统中的应用研究展望.     

相变存储器写寿命延长关键技术研究进展

随着大数据分析应用时效性提升和“存储墙”问题日益突出,存储系统已成为当前计算机系统整体性能的瓶颈。以相变存储器（PCM）为代表的新型非易失性存储器（NVM）具有集成度高、功耗低、读写访问速度高、非易失、体积小和抗震等优良特性,已成为最具潜力的下一代存储设备。然而,写寿命有限是PCM实用化的一道障碍,如何通过减少写操作和磨损均衡以提升PCM使用寿命是当前的研究热点。 从减少PCM写操作、均匀写操作分布以及在混合内存中的页面迁移等三个方面介绍了当前PCM写寿命延长技术的研究现状以及优缺点,最后探讨未来进一步改进PCM寿命可能的研究方向。     

基于PCM的大数据存储与管理研究综述

大数据已经成为当前学术界和工业界的一个研究热点.但由于计算机系统架构的限制,大数据存储与管理在性能、能耗等方面均面临着巨大的挑战.近年来,一种新型存储介质——相变存储器(phase Change Memory,PCM)——凭着其非易失、字节可寻址、读取速度快、低能耗等诸多优点,为计算机存储体系结构和数据管理设计带来了新的技术变革前景,也为大数据存储和管理带来了新的契机.PCM既是一种非易失存储介质,同时又具备了内存的字节可寻址和高速随机访问特性,模糊了主存和外存的界限,有望突破原有的存储体系架构,实现更高性能的存储与数据管理.概述了PCM存储器的发展现状;总结了目前基于PCM的持久存储技术和基于PCM的主存系统等方面的研究进展;并讨论了PCM在多个领域的应用现状.最后,给出了基于PCM的大数据存储与管理研究的若干未来发展方向,从而为构建新型存储架构下的大数据存储与管理技术提供有价值的参考.     

一种高效的混合内存布局机制与编码技术

随着大数据和多核技术的发展,传统内存技术的发展已经远远不能满足大量数据密集型应用涌现所催生的内存计算需求。近年来,新型非易失性存储器(NVM)的兴起与发展为打破传统内存技术瓶颈提供了契机。相变存储器(PCM)作为一种典型的新型非易失性存储器(NVM),与传统内存DRAM各有优势,被认为是最有可能代替传统内存DRAM的存储器,在内存应用中具有很好的发展前景。基于DRAM和PCM的混合内存使得同时发挥DRAM与PCM各自的优势成为可能,故提出一种DRAM与PCM混合内存架构,设计针对混合内存布局的高效读写策略及数据迁移机制,并且在混合内存系统中应用纠删码来提高系统的可靠性。实验表明,此混合内存系统能够大大减少能耗,提高数据吞吐量,同时保证读写的可靠性。     

基于相变存储器的非易失内存数据机密性保护

相变存储器(Phase-Change Memory)是计算机体系结构中的下一代内存技术,具有高密度、低功耗、非易失等优点,具备替代现有DRAM内存的实力,但非易失的自然属性会带来一系列潜在计算机数据隐私方面的隐患.比如掉电后内存中依然保留了很多明文形式的敏感数据,同时相变存储器的存储单元还有写次数有限的问题.文中提出一...     

基于BKDRHash的混合内存损耗均衡算法研究

相变存储器(PCM)是一种新型的非易失性存储器(NVM),与传统内存DRAM互有优势。基于DRAM和PCM的混合内存使得同时发挥DRAM与PCM各自的优势成为可能。然而,由于PCM写操作寿命有限,在设计混合内存的管理策略时,不仅要对混合内存体系结构进行设计,还需要设计一种损耗均衡算法对PCM写操作进行负载均衡优化。文中设计了一种损耗均衡算法,将写操作逻辑地址作为输入,使用BKDRHash函数对地址进行映射,实现PCM的损耗均衡。实验结果表明,文中提出的损耗均衡算法能够以很少的时延与功耗损失大幅提升PCM的使用寿命。     

基于DRAM和PCM的混合主存模拟器

相变存储器（PCM）由于其非易失性、高读取速度以及低静态功耗等优点,已成为主存研究领域的热点.然而,目前缺乏可用的PCM设备,这使得基于PCM的算法研究得不到有效验证.因此,本文提出了利用主存模拟器仿真并验证PCM算法的思路.本文首先介绍了现有主存模拟器的特点,并指出其并不能完全满足当前主存研究的实际需求,在此基础上提出并构建了一个基于DRAM和PCM的混合主存模拟器.与现有模拟器的实验比较结果表明,本文设计的混合主存模拟器能够有效地模拟DRAM和PCM混合存储架构,并能够支持不同形式的混合主存系统模拟,具有高可配置性.最后,论文通过一个使用示例说明了混合主存模拟器编程接口的易用性.     

影响非易失性内存系统性能的因素分析

新型非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)具有扩展性好、静态能耗低、非易失性等特点,基于NVM的内存系统有望在未来补充甚至替代DRAM内存.但是NVM写延迟较长、写耐久性有限、动态写能耗高的问题,对NVM的实际应用产生了挑战.NVM内存系统如何影响应用程序,哪些因素会影响NVM内存系统的性能,是一个值得研究的问题.初步评测了NVM内存系统的性能,所提出的NVM内存包括两种:一种是只有NVM的内存(NVM-only memory);另一种是DRAM/NVM构成的混合内存.同时对比了NVM内存与DRAM内存的性能,分析了影响NVM内存系统的因素.最后,讨论了NVM内存系统研究的未来工作.     

新型非易失相变存储器PCM应用研究

并行I/O技术有效优化了I/O性能,但对访问延迟却难以控制.相变存储器(phase change memory,PCM)作为一种SCM(storage class memory),具有非易失性、随机可读写、低延迟、高吞吐率、体积小和低功耗的特点,为I/O性能优化提供了最直接有效的途径.研究了PCM的特性与存在的问题,总结了目前PCM的应用研究进展,针对高性能计算中的并行I/O问题,提出了一种基于相变存储器PCM的层次式并行混合存储模型,能够有效提高并行文件系统元数据服务效率和并行I/O吞吐率.     

存储器在数字通信中的应用及发展趋势

论述了FIFO存储器在光电数／模转换装置中的应用,以及存储器发展趋势。存储器是用来存储程序和数据的部件,对于计算机来说,有了存储器,才有记忆功能,才能保证正常工作。双端口FIFO存储器,可以让两个系统的CPU同时访问,一个写,一个读,访问数据顺序是先进先出。使双机系统同时工作,提高了系统计算速度。存储器是CPU与CPU、CPU与其他设备沟通的桥梁。     

A Survey of Non-Volatile Main Memory Technologies: State-of-the-Arts,Practices, and Future Directions

Non-Volatile Main Memories(NVMMs)have recently emerged as a promising technology for future memory systems.Generally,NVMMs have many desirable properties such as high density,byte-addressability,non-volatility,low cost,and energy efficiency,at the expense of high write latency,high write power consumption,and limited write endurance.NVMMs have become a competitive alternative of Dynamic Random Access Memory(DRAM),and will fundamentally change the landscape of memory systems.They bring many research opportunities as well as challenges on system archi-tectural designs,memory management in operating systems(OSes),and programming models for hybrid memory systems.In this article,we first revisit the landscape of emerging NVMM technologies,and then survey the state-of-the-art studies of NVMM technologies.We classify those studies with a taxonomy according to different dimensions such as memory ar-chitectures,data persistence,performance improvement,energy saving,and wear leveling.Second,to demonstrate the best practices in building NVMM systems,we introduce our recent work of hybrid memory system designs from the dimensions of architectures,systems,and applications.At last,we present our vision of future research directions of NVMMs and shed some light on design challenges and opportunities.     

基于WINCE系统软件开发的内存研究

WINCE系统内存配置较小,嵌入式软件如果出现内存泄露问题,将会导致系统的可用内存不足,甚至出现系统崩溃。为此针对WINCE操作系统内存的管理和应用,通过引入一个在实时更新动态图的过程中出现内存泄露的案例,阐述了关于内存管理和内存应用的重要知识点,包括内存模型和内存分配方式,分析了在该案例中出现内存泄露的原因,提出了与案例中出现的内存泄露相似问题的解决方法,并针对一般情况下如何防止内存泄露作了简单介绍,最后详细阐述了案例中为了优化内存所做的工作,对编程者有很好的指导作用。     

一种适用嵌入式系统的自适应动态内存管理方案

实时性、可靠性、高效性的要求,使得许多嵌入式应用使用自己的内存管理方案。任何内存碎片的产生无疑都是对大块内存频繁分割造成的,适当减少对大块内存的分割,就会减少内存碎片的产生,但在减少分割内存块的同时又如何才能满足系统对内存的需求呢?文中在对当今最常用的两种内存分配算法分析的基础上提出一种新的适用于嵌入式系统的内存管理算法——自适应动态内存分配算法,重点就如何减少内存碎片,提高内存利用率,提出了新的构想与实现。望其成为嵌入式系统中内存管理算法的模板。     

抗电路板级物理攻击的操作系统防御技术研究

计算设备处理和存储日益增多的敏感信息,如口令和指纹信息等,对安全性提出更高要求.物理攻击技术的发展催生了一种通过攻击电路板级硬件组件来获取操作系统机密信息的攻击方法：电路板级物理攻击.该类攻击具有工具简单、成本低、易流程化等特点,极容易被攻击者利用形成黑色产业,是操作系统面临的新安全威胁和挑战.在处理器上扩展内存加密引擎可抵抗该类攻击,但是目前大部分计算设备并未配备该硬件安全机制.学术界和产业界提出软件方式抗电路板级物理攻击的操作系统防御技术,该类技术已成为近年来的研究热点.深入分析了该类技术的研究进展,总结其技术优势和不足,并探讨其发展趋势.首先,介绍了电路板级物理攻击的定义、威胁模型、现实攻击实例.之后,介绍软件方式抗电路板级物理攻击的操作系统防御技术所依赖的一些基础技术.然后,对该类防御技术的研究进展按照保护范围进行分类总结和归纳.最后,分析了该类防御技术的优势与不足,给出工程实现建议,并探讨该类防御技术未来的研究趋势.     

内存体系划分技术的研究与发展

在多核计算机时代,多道程序在整个共享内存体系上的“访存干扰”是制约系统总体性能和服务质量的重要因素.即使当前内存资源已相对丰富,但如何优化内存体系的性能、降低访存干扰并高效地管理内存资源,仍是计算机体系结构领域的研究热点.为深入研究该问题,详述将“页着色(pagecoloring)”内存划分技术应用于整个内存体系(包括Cache、内存通道以及内存DRAM Bank),进而消除了并行多道程序在共享内存体系上的访存干扰的一系列先进方法.从DRAM Bank、Channel与Cache以及非易失性内存(non-volatile memory, NVM)等内存体系中介质为切入点,层次分明地展开论述:首先,详述将页着色应用于多道程序在DRAM Bank与通道的划分,消除多道程序间的访存冲突;随后是将页着色应用于在内存体系中Cache和DRAM的“垂直”协同划分,可同时消除多级内存介质上的访存干扰;最后是将页着色应用于包含NVM的混合内存体系,以提高程序运行效率和系统整体效能.实验结果表明,所提内存划分方法提高了系统整体性能(平均5%-15%)、服务质量(QoS),并有效地降低了系统能耗.通过梳理...     

嵌入式实时系统内存管理策略

嵌入式系统内存配置较小，不能采用一般桌面系统的内存管理方式，选取合适的内存管理策略在嵌入式系统设计中起着重要的作用。介绍了嵌入式系统设计中内存管理的范围、对内存分配的要求以及可能出现的问题，对内存分配的方式进行了详细的阐述，给出了内存碎片、内存丢失、执行时间不固定等问题的解决方法。     

按模式记忆理论的记忆结构刻画

给出了一个按模式记忆铁记忆模型,详细讨论了它的基本构成单元－智能记忆单元ＩＭＥ的结构和操作,由ＩＭＥ构成的记忆结构是一个开放性的存储结构,可以实现记忆的层次性、语义性、时效性和灰度性,并提供在此记忆结构进行联想记忆的必要信息。     

针对嵌入式多媒体系统的外存页面重映射

介绍一种基于硬件的、可编程的外存页面重映射机制,它可以明显地改善性能,并且由于减少了外存总线的访问而降低了功耗。另外还提出了一种把应用数据与指令存储器映射到外存页面的高效算法,使用图着色技术来支配页面映射程序,目标是通过把冲突页面重映射到不同的存储体来避免页面缺失。     

μC／OSII内存管理的一种改进方法

研究了μC／OSII的内存管理，发现当对一个申请到的内存块进行越界写操作或产生了指向空闲内存块指针区(头几个字节)非法指针时可能会破坏它指向下一个空闲内存块的指针，这样，空闲内存块链表就会被破坏。出于安全性要求，必须将控制信息与用户使用的空闲内存块分开，内存块的控制信息属于系统数据，必须对其进行保护。利用μC／OSII的就绪表(Ready List)中任务的调入和删除原理，构造一个内存管理表，实现内存块的分配和释放。由此，μC／ISII在内存管理中存在的安全性问题得到了解决。