一种高效、可扩展细粒度缓存管理混合存储研究

混合主存储器由DRAM构成,它可用作cache来扩展非易失性存储器,相比传统的主存储器能够提供更大的存储能力。不过,要使混合存储器具有高性能和可扩展性,一个关键的挑战在于需要对缓存在DRAM中的数据的元数据(如标签)以一个细粒度的方式进行有效管理。基于这样的观察:利用DRAM缓存行的局部性,将元数据与元数据对应的数据存储在片外缓存中相同的行,使用一个小的缓冲区来只缓存最近被访问的片内缓存行,以降低细粒度DRAM缓存的开销。利用这种细粒度的DRAM高速缓存的灵活性和效率,还开发了一种自适应的策略来选择在数据迁移到DRAM时最佳的迁移粒度。在搭配了512MB的DRAM缓存的混合型存储系统中,建议使用8kB的片上缓存,这样,相比一个传统的8MB的SRAM元数据存储,即使没有考虑大的SRAM元数据存储的能源开销,也可以提升6%以内的性能,以及18%的能效节约。

基于SRAM和PRAM混合主存设计

由于DRAM芯片超高的静态功耗,使得利用DRAM构建高性能计算机系统中的大容量主存遇到能耗过大问题,这激发了对新型大容量主存结构的研究。针对上述问题,设计了一种基于SRAM和PRAM的混合主存系统,该系统将SRAM作为PRAM的专用写缓存,并将改进后的LRFU算法应用到SRAM写缓存,从而在对主存系统性能影响不大的前提下,有效降低主存系统的能耗和延长PRAM的可用时间。仿真结果显示,所设计的混合存储结构的能耗-延时积(EDP)为纯DRAM存储结构的40%;此外,与纯PRAM存储结构相比,可使PRAM的写操作次数下降28.5%,与将SRAM作为Cache相比,PRAM写次数下降13%。