一种新颖的软件可控Cache优化方法

由于Cache污染问题,传统的仅由硬件控制的Cache替换策略不能得到令人满意的Cache利用率。随着软件可控Cache机制的出现,编译器开始可以直接控制Cache替换,改善Cache行为。本文证明了一个Cache提示优化定理,并依该定理提出了一个由编译器辅助控制的Cache替换策略:最优Cache划分(OCP)。OCPCache替换策略简化了Cache行为和Cache失效分析方法。实验结果表明OCPCache替换策略能有效地降低Cache失效率。     

片上多核Cache资源管理机制研究

随着片上多核成为处理器发展的主流和片上Cache资源的持续增长,Cache资源的管理已成为片上多核的关键问题。介绍了片上多核Cache资源管理的研究进展,依据研究内容将Cache资源的管理分为Cache划分和Cache共享两类。对Cache划分,探讨了其主要组成部分和一般形式,分析和比较了典型的片上多核Cache划分机制。对Cache共享,给出了其主要研究内容,并介绍和比较了几种主流的片上多核Cache共享机制。通过分析,认为软硬件协同管理的页划分应是未来片上多核Cache划分机制的研究重点;而片上多核Cache共享机制的研究则应从目标应用的Cache行为特征着手。     

一个由编译器控制的Cache替换策略

由于Cache拓染问题，传统的仅由硬件控制的Cache替换箫略不能得到令人满意的Cache利用率。为解决该问题，EPIC引入了Cache提示以辅助控制Cache替换。文章提出了一个由编译器辅助挖制的Cache替换策略：最优Cache划分（OCP）。OCP Cache替换策略简化了Cache行为和Cache失效分析方法。实验结果表明，OCP Cache替换箫略能有效地降低Cache失效率。     

一种嵌入式系统的滑动Cache机制设计

为了提高嵌入式系统中Cache的使用效率,针对不同类型的应用程序对指令和数据Cache的容量实时需求不同,提出一种滑动Cache组织方案.均衡考虑指令和数据Cache需求,动态地调整一级Cache的容量和配置.采用滑动Cache结构,不但降低了一级Cache的动态和静态泄漏功耗,而且还降低了整个处理器的动态功耗.模拟仿真结果表明,该方案在有效降低Cache功耗的同时能够提高Cache的综合性能.     

基于SRAM和STT-RAM的混合指令Cache设计

随着工艺尺寸减小,传统基于SRAM的片上Cache的漏电流功耗成指数增长,阻碍了片上Cache容量的增加。基于牺牲者Cache的原理,利用SRAM写速度快,STT-RAM的非易失性、高密度、极低漏电流功耗等特性设计了一种基于SRAM和STT-RAM的混合型指令Cache。通过实验证明,该混合型指令Cache与传统基于SRAM的指令Cache相比,在不增加指令Cache面积的情况下,增加了指令Cache容量,并显著提高了指令Cache的命中率。     

Cache结构的低功耗可重构技术研究

在分析Cache性能的基础上介绍了当前低功耗Cache的设计方法,提出了一种可重构Cache模型和动态可重构算法。Cache模型能够在程序运行过程中改变相联度和大小,动态可重构算法能够在运行时针对不同的应用程序对可重构Cache进行配置。通过对Cache的动态配置,不仅可以提高Cache命中率,还能够有效降低处理器的功耗。     

面向WCET估计的Cache分析研究综述

实时系统时间分析的首要任务是估计程序的最坏情况执行时间(worst-case execution time,简称WCET).程序的WCET 通常受到硬件体系结构的影响,Cache则是其中最为突出的因素之一.对面向WCET计算的Cache分析研究进行了综述,介绍了经典Cache分析框架与Cache分析核心技术,并从循环结构分析、数据Cache分析、多级Cache分析、多核共享Cache分析、非LRU替换策略分析等角度介绍了Cache分析在不同维度上的研究问题与主要挑战,总结了现有技术的优缺点,展望了Cache分析研究的未来发展方向.     

高性能计算机系统中Cache的性能分析及改进

通过高速缓冲存储器技术是现代处理器设计中的核心技术之一。本文详细讨论了Cache设计中的重要内容,包括Cache设计的基本问题,Cache性能分析,Cache失效原因的分析以及Cache设计中一些改进方法     

多核处理器面向低功耗的共享Cache划分方案

随着多核处理器的发展,片上Cache的容量随之增大,其功耗占整个芯片功耗的比率也越来越大。如何减少Cache的功耗,已成为当今Cache设计的一个热点。本文研究了面向低功耗的多核处理器共享Cache的划分技术(LP-CP)。文中提出了Cache划分框架,通过在处理器中加入失效率监控器来动态地收集程序的失效率,然后使用面向低功耗的共享Cache划分算法,计算性能损耗阈值范围内的共享Cache划分策略。我们在一个共享L2 Cache的双核处理器系统中,使用多道程序测试集测试了面向低功耗的Cache划分:在性能损耗阈值为1%和3%的情况中,系统的Cache关闭率分别达到了20.8%和36.9%。     

对象持久层高性能Cache实现技术*

描述了面向对象应用与关系数据库之间的高性能对象持久层的系统结构,重点阐述了其Cache的关键技术。提出了分别针对LOB属性和常用查询的分布式与集中式两层Cache结构,给出了具体的Cache实现,并分析了Cache一致性问题的解决。该Cache实现技术使系统性能得到很大的提高。     

分组密码Cache攻击技术研究

近年来,Cache攻击已成为微处理器上分组密码实现的最大安全威胁,相关研究是密码旁路攻击的热点问题.对分组密码Cache攻击进行了综述.阐述了Cache工作原理及Cache命中与失效旁路信息差异,分析了分组密码查表Cache访问特征及泄露信息,从攻击模型、分析方法、研究进展3个方面评述了典型的分组密码Cache攻击技术,并对Cache攻击的发展特点进行了总结,最后指出了该领域研究存在的问题,展望了未来的研究方向.     

片上非一致Cache体系结构研究

随着集成电路制造工艺的发展,片上集成大容量Cache成为微处理器的发展趋势。然而,互连线延迟所占比例越来越大,成为大容量Cache的性能瓶颈,因此需要新的Cache体系结构来克服这些问题。非一致Cache体系结构通过在Cache内部支持多级延迟和数据块迁移来减少Cache的命中时间,提高性能,从而克服互连线延迟对大容量Cache的限制,已经成为微处理器片上存储结构的研究热点。本文回顾了非一致Cache体系结构模型的研究进展,特别是对片上多核处理器中的非一致Cache体系结构模型进行了详细介绍,比较了不同模型的贡献和不足。最后,对非一致Cache体系结构的发展进行了展望。     

一种新的基于RAID的CACHE技术研究与实现

设计了一个新的基于 RAID的 Cache系统 ,本系统有如下创新之处 :(1)在全局配置 Cache时 ,采取了预留与动态分配相结合的策略 ,并建立了分配模型 ,从理论上确定了预留与动态分配的最佳比例 .(2 )建立了二级读 Cache结构 ,其中 :一级读 Cache实现时间的局部性 ;二级读 Cache实现空间的局部性 .(3)提出了定时搬移并按阈值淘汰的策略 ,即定时把二级 Cache的节点中最近访问过的数据小块搬移到一级 Cache,当搬移的数据小块超过一个阈值时 ,淘汰二级 Cache的相应节点 .通过仿真测试证明了定时搬移策略较好地实现了时间的局部性 ,提高了 Cache系统的性能     

基于流水化和滑动窗口结构的低功耗指令Cache设计

嵌入式处理器中Cache的应用极大地提高了处理器的性能,同时Cache,尤其是指令Cache功耗占据了处理器很大一部分功耗,关闭不必要的tag SRAM和data SRAM的访问,可以极大地降低功耗。提出了一种流水化的指令Cache访问机制,关闭不必要的data SRAM的访问;并且通过记录指令Cache行的信息和预测下一行的Cache形成一个Cache行滑动窗口,关闭不必要的tag SRAM访问。所提出的方法没有性能损失,在SMIC 90nm工艺下进行功耗分析,其指令访问的功耗降低50%。     

基于简单常见模式编码（S-FPC）的压缩Cache层次设计

本文基于简单常见模式压缩编码设计了一种新颖的片内压缩Cache层次结构。在该结构中,L1数据Cache和L2Cache都以压缩格式保存数据,但具有不同的布局。其中,L1数据Cache的布局能触发部分Cache行预取,同时又能避免普通预取技术可能导致的Cache污染增加以及带宽浪费的现象,而且没有预取缓冲开销。实验结果表明,与传统Cache结构相比,本文的设计方案可以显著增加L1数据Cache和L2Cache的有效容量,并且不会增加L1数据Cache的访存延迟,对L1数据Cache平均能增加33％的有效容量,减少L1数据Cachhe失效率达21％,程序执行速度提高了13％。     

面向多核处理器的共享Cache冲突预测模型

多核处理器的出现给实时系统的设计带来了新挑战,如并发任务通过共享Cache相互干扰的现象严重降低了实时系统的实时性,已有的Cache冲突评价模型没有针对多核处理器体系结构,多角度评价共享Cache对多个并发任务的影响.本文基于广泛应用的LRU Cache替换策略,根据任务的Cache静态复用距离,提出一种可以预测并发任务的Cache占用率、失效率和任务间冲突概率的Cache冲突预测模型.分析了在多核背景下共享Cache结构对实时性的影响.实验结果表明本模型不但功能比现有模型全面且精度更高.     

多核处理器可重构Cache功耗计算方法的研究

多核动态可重构Cache是解决Cache功耗困扰的一个重要方法。现有Cache功耗模拟器并不能很好地支持多核动态可重构Cache功耗研究,通过对多核动态可重构Cache的功耗模型进行研究,找到了计算可重构Cache的方法和思路,应用CACTI来分别构建各个组成结构的Cache功耗模型,以较为准确地测算可重构Cache的功耗。在Simics模拟器下构建动态可重构Cache,运行测试程序,对比传统的体系结构,可重构Cache的功耗能够得到10.4%的降低。同时,实验中发现功耗的降低不仅仅是动态可重构Cache贡献的,而是由系统综合产生的,因此在低功耗设计中,要综合考虑整体系统的功耗和性能,避免片面地考虑Cache结构而导致整体功耗的提高。     

DSP中指令Cache的低功耗设计

设计了一种低功耗指令Cache：通过在CPU与一级指令Cache之间加入Line Buffer,来减少CPU对指令Cache的访问次数,从而降低指令Cache的功耗。此外在Line Buffer控制器中添加了重装控制单元,当指令Cache发生缺失时,能将片外存储单元中的指令直接送给CPU,从而最大限度地减少由于Cache缺失所引起CPU取指的延迟。经验证,该设计在降低功耗的同时,还提升了指令Cache的性能。     

多机系统中Cache一致性问题的研究与评价

Cache一致性是多处理机系统设计中的一项重要课题。为提高访存效率,每台处理机通常带有高速缓冲存储器Cache,这便产生了Cache一致性问题。为便共享数据在各Cache间以及Cache与主存间保持一致,出现了多种Cache一致性协议。文章首先介绍了多处理机系统中,主存与各处理机私有Cache之间及各私有Cache之间存在数据不一致问题的原因,对解决不一致性的方法:监视法、目录法、软件方法等进行了详细的定性分析与评价,指出了各种方法的优缺点,供设计者参考。     

一种低功耗高性能的滑动Cache方案

Cache存储器的功耗占整个芯片功耗的主要部分．针对不同类型的应用程序对指令和数据Cache的容量实时需求不同，一种滑动Cache组织方案被提出．它均衡考虑指令和数据Cache需求，动态地调整一级Cache的容量和配置，消除了Cache中闲置部分产生的功耗．SPEC95仿真结果表明，采用滑动Cache结构不但降低了一级Cache的动态和静态泄漏功耗，而且还降低了整个处理器的动态功耗，提高了性能．滑动Cache比两种传统Cache结构和DRI结构的一级Cache平均动态功耗分别降低21．3％，19．52％和20．62％．采用滑动Cache结构与采用两种传统Cache结构和DRI结构相比，处理器平均动态功耗分别降低了8．84％，8．23％和10．31％，平均能量延迟乘积提高了12．25％，7．02％和13．39％．