异构多核处理器体系结构设计研究

多核技术成为当今处理器发展的重要方向,异构多核处理器由于可将不同类型的计算任务分配到不同类型的处理器核上并行处理,从而为不同需求的应用提供更加灵活、高效的处理机制而成为当今研究的热点.本文从体系结构的角度探讨了异构多核处理器设计中的关键点,从内核结构、互连方式、存储系统、操作系统支持、测试与验证、动态电压调节等方面分析...     

多核处理器的结构设计研究

围绕如何进行多核处理器的结构设计，提高处理器性能这一问题，结合传统多处理机设计原理对多核处理器结构设计进行了研究，并对当前主要商业多核处理器进行了研究，揭示了其发展趋势，探索了未来多核处理器设计的发展方向。     

针对离散电压处理器的动态电压调节策略

嵌入式系统设计者在以往设计过程中,通常只考虑到系统的稳定性、实时性等,但现在却面临着一个新的挑战降低系统的功耗.基于LP线性规划模型,针对具有离散工作电压模式的处理器提出了一种动态电压调节策略LPBVSP(LP based voltage scaling policy).LPBVSP能够根据工作负载的需求变化实现处理器...     

多核处理器技术软仿真技术研究

分析了多核处理器软件仿真技术的复杂性。通过可视化编程,随时查看各个核心内部的工作状态,可以对多核处理器的工作原理有一个清晰的了解。     

针对多媒体应用的多核处理器核间通信优化

目前多核架构已成为处理器的主流设计并成为各种多媒体应用的主流处理平台,而核间通信的效率是影响多核处理器性能的重要因素之一.提出了一种针对多媒体应用程序的核间通信的优化方法.该方法利用此类应用程序数据读取的规律性,通过在多核处理器上添加通信队列,实现只读数据的快速传递,从而提高多媒体应用程序的并行执行效率.实验表明使用通信队列对各种多媒体核心算法的性能都有普遍提高.同时,该方法具有良好的扩展性,当内核数目增加,通信队列所带来的好处也更加明显.     

核分组的多核处理器优化方法

随着多核处理器规模的扩大,请求数据的处理器核到数据的宿主节点之间的平均距离相应增大,并且数据访问在分布式共享高速缓存块中的分布并不均衡引起了网络热点。这些情况导致一级高速缓存缺失延迟的增大。为了解决该问题,将每四个处理器核分为一组,在组内设计邻近数据探测器。邻近数据探测器通过确定一次缺失能否在邻近核的一级高速缓存中得到数据,从而利用了并行程序在多核处理器上执行时数据访问的核间局部性。另外,根据新的结构相应优化了高速缓存一致性协议。实验表明,该片上存储优化方法提高了系统性能,减少了片上网络流量,节省了能耗。     

多核处理器体系结构软件仿真技术：研究综述

由于单核处理器的处理能力已经接近极限，很难再有提高，人们将目光投向了多核处理器体系结构。在处理器体系结构的设计中，体系结构软件仿真技术是最重要的一个方面。本文首先介绍处理器体系结构仿真技术的概念、分类、目的和意义，然后讨论多核处理器体系结构仿真技术的现状和面临的问题；分析了多核处理器软件仿真技术的复杂性；比较和分析了当前主流技术的优缺点。由于多核处理器体系结构的研究处于初期阶段，因此多核处理器体系结构仿真领域面临着诸多挑战和机遇。本文最后指出了多核处理器体系结构软件仿真技术今后的研究方向。     

硬件信号量在多核处理器核间通信中的应用

在多核处理器的软件设计中,核间通信机制是关键所在,有效合理的核间通信可以发挥多核处理器的并行处理能力.中断和查询方式是传统的核间通信手段,但存在丢失中断和查询效率低的缺点.为解决这一问题,多核处理器提供了一种全新的硬件信号量机制,用于核间通信.本文以多核DSP芯片TMS320C6678为例,描述了硬件信号量的工作原理和方法以及模块的结构和配置,并给出两个核之间通信的实例.     

一种适应多核处理器核间通信机制的设计

随着单芯片上集成处理器内核数量的增加,在支持多核处理器的应用程序方面,核间通信变得更加重要.通过分析多核运行任务特点,根据处理核上运行任务功能的不同,将处理核分成两类:控制核和计算核.根据对核的分类,提出了一种新的核间通信模型,该模型提供了三种不同的通信通道.运用这三条通道,把应用程序的I/O部分从计算核迁移到控制核来提高多核的利用率,实验结果表明该方式有效提高核间协作以及核间通信的效率,提升处理器的利用率.     

高性能计算机中电压调节模块阻抗特性研究

针对高性能计算机中电源模块或子系统之间相互作用而导致的不稳定性问题,详细研究了多核处理器电压调节模块的输入输出阻抗特性。建立了电压调节模块的小信号模型和系统框图,求出了各种传递函数,设计了反馈补偿回路,并对开环和闭环阻抗特性进行了仿真和实际测量。仿真和测量结果为解决系统稳定性问题打下了基础。     

面向多核处理器的可配置缓存一致性协议设计与实现

多核处理器需要维护缓存的一致性问题.基于目录的一致性协议具有较好的扩展性、较低的延迟,应用较多.分布式目录访问带宽高、目录查询速度快、物理实现灵活.分布式目录一致性协议设计复杂度高,验证困难,为了降低自主CPU研发和产业化的风险,提出了一种面向多核处理器的可配置分布式目录控制单元(configurable distribute directory unit, CDDU),通过微操作机制,实现动态配置缓存一致性协议.该设计增加了多核系统缓存一致性协议的灵活性与容错性,可以实现协议状态转换和协议流程的配置,能够解决由于一致性协议设计缺陷导致的功能故障,可以防止一致性协议设计不足引起的死锁.测试结果表明：设计方案展现了良好的可配置性、可扩展性,避免了死锁产生,代价是少量的性能损耗以及面积开销.主要思想在自主飞腾64核处理器中进行了实现,为确保处理器的协议正确性发挥了重要作用,同时在该芯片的多路扩展实现过程中提高了协议的鲁棒性,消除了潜在的死锁.     

一种多核处理器存储层次性能评估模型

一种用于评估多核处理器存储层次性能的模型,使用排队论建模,求解速度快,可以在设计早期给出不同配置参数对处理器整体性能的影响,从而调整存储层次结构,优化设计.     

多核处理器目录缓存结构设计

随着物联网、云计算与网络舆情分析等应用的快速发展,大数据处理的应用已经成为数据中心的核心负载.数据中心服务器普遍采用多核处理器,而目录缓存作为多核处理器结构中维护缓存一致性的关键部件,对其结构研究(如稀疏目录)更多地关注于目录缓存的容量与可扩展性,更适合处理高性能计算等计算密集型应用.然而,当多核处理器执行延迟敏感的大数据应用程序时,目录缓存的高访存延迟严重制约了数据中心的服务质量.针对该问题,新型主从目录缓存结构优化了数据访问过程中的一致性协议通路,其中主目录区分共享与私有数据,管理私有数据的访存操作,降低私有数据的访存延迟,提高了从目录的容量利用率;从目录维护共享数据的缓存一致性,采用有限位标签结构,提高了从目录的存储效率.实验在Simics+GEMS模拟平台上对大数据程序测试集Cloudsuite-v1.0进行评估.结果表明在以大数据应用程序为主的运行环境下,与2倍容量的稀疏目录相比,主从目录缓存结构降低了24.39%的硬件开销,降低了28.45%的缓存缺失延时,提升了3.5%的处理器IPC;与缓存内目录相比,主从目录结构虽然损失了5.14%的缓存缺失延时与1.1%的处理器IPC,但是降低了42.59%的硬件开销.     

连通域标记并行算法在多核处理器上的设计和实现

为满足全方位视觉运动目标检测跟踪系统中检测和跟踪实时性的要求,采用多核程序设计和并行处理技术,对系统中连通域标记算法,重新进行了设计和实现。为解决由图像分割造成的连通域的分离,应用边界处的游程码,将两个不同任务块中分割处的连通域合并成一个连通域。最后通过实验证明该并行算法比传统算法在多核处理器上运行更快,更好地解决了多核处理器饥饿问题,让多核处理器发挥了更高的效率。     

龙芯3号互联系统的设计与实现

龙芯3号的互联结构设计采用了一种基于二维Mesh的可伸缩分布式多核结构,可为芯片级、主板级和系统级的互联提供统一的拓扑结构和逻辑设计.龙芯3号的对外接口采用扩展的HyperTransport协议,既可以用于连接IO,又可以实现多芯片的互联.在龙芯3号的互联结构中还设置了软件路由配置机制,可以在板级直接构筑中等规模的CC-NUMA系统和更大规模的NCC-NUMA系统,提供高效的通信机制.介绍了基于龙芯3号的多处理器系统互联架构.采用了双层可伸缩互联结构：片内由二维Mesh连接多个结点,结点内由交叉开关连接多个处理器核和二级缓存模块.片间无需额外硬件支持即可通过支持缓存一致性的HyperTransport接口实现16核的多处理器系统.利用层次化目录技术,龙芯3号还可以支持更大规模的多处理器系统.龙芯3号的互联架构为搭建简洁、高效、灵活、高度可扩展的共享存储多处理器系统提供了有力支持.     

一种基于开关阵列的电压调整器输出调整模块设计

论文针对不同型号电压调整器测试过程中出现的输出电压可调的情况,设计一种基于开关阵列的电压调整器输出调整模块,解决输出电压可调外围电路通用化、简单化、模块化的问题,提高测试外围电路搭建效率,利用模块化的设计减少外围电路重复搭建次数,可以实现器件全范围输出电压测试,也可以实现基于用户应用的选择性输出电压测试。     

基于FPGA的嵌入式多核处理器及SUSAN算法并行化

给出了四核心嵌入式并行处理器FPEP的结构设计并建立了FPGA验证平台.为了对多核处理器平台性能进行评测,提出了基于OpenMP的3种可行的图像处理领域的经典算法SUSAN算法的并行化方法:直接并行化SUSAN、图像分块处理和多图像并行处理,并对这3种并行算法在Intel四核心平台和FPEP的FPGA验证平台上进行性能测试.实验表明,3种并行算法在两种四核心平台下均可获得接近3.0的加速比,多图像并行处理在FPEP的FPGA验证平台可以获得接近4.0的加速比.     

多核处理器上的频繁图挖掘方法

多核处理器已经成为现代处理器的主流体系结构,频繁图挖掘(frequent graph mining)是一个具有很多应用领域的研究热点问题,充分利用多核处理器的能力加速频繁图挖掘过程具有研究意义和实用价值.提出一种基于深度优先遍历的并行挖掘模式,使用任务池维护工作负载,提高数据的时间局部性并减少大量的内存使用;设计缓存敏感的点边数组,连续排列线程的记录数据,减少原始图的数据量,降低缓存缺失率;为了减少锁的竞争,使用灵活的任务获取方法寻找工作任务,采用内存管理队列降低频繁的内存分配释放开销.在模拟数据和真实数据上进行了详细的实验研究和性能分析,结果表明提出的技术能够有效减少内存占用并降低缓存缺失,在具有12个核心的机器上可以达到10倍的加速比.     

一种挖掘多核处理器存储级并行的算法

多核处理器中,各个处理器核之间可以并发地进行外部存储访问,提供不同于单处理器的存储级并行(memory level parallelism)能力.不规则应用中的循环,传统的并行方法难以识别其并行性,不能充分利用多核处理器存储级并行能力和并行计算能力.对基于软件开发多核处理器存储级并行进行了讨论,提出一种前瞻并行多线程算法LLSM(loop level speculative mssultithreading).LLSM对不规则应用中的循环进行并行化,在多核处理器上的测试数据表明:该算法能够有效地挖掘多核处理器的存储级并行能力和计算能力,同时指出多核环境下存储级并行计算公式需要考虑线程同步开销.