一种无目录的共享高速缓存一致性协议

针对使用目录记录各共享缓存块在各核心的私有备份信息的多核和众核并行系统共享高速缓存一致性协议因使用目录造成性能下降的问题进行了研究。研究发现,实际应用的多核和众核系统可以不存储共享缓存块的共享信息,因为多核和众核系统大都采用弱一致性协议,根据这种协议,某个核心的写操作不需要立即被其他核心观察到,可以延迟到下一个同步点观察到。基于这一发现,提出了一种不用记录共享信息的无目录的(DirectoryLess)共享高速缓存(Shared cache)一致性协议,简称DLS协议。该协议通过在同步点对不确定是否被其他核心更改的缓存块主动无效的方法,在不需要存储共享信息的目录的情况下来保证多核系统符合弱一致性。用并行程序测试集SPLASH-2对一个16核处理器进行了试验,试验结果表明,相比基于目录的MESI协议,DLS不仅可以完全消除目录及其电路面积,而且可平均提高11.08%的程序性能,减少28.83%的片上网络通讯,以及减少15.65%的功耗。而这一切,只需要改变处理器的设计,并不需要改变编程语言和编译器,因此,该协议无需更改或重新编译即可以兼容现有的代码。

面向非写分配高速缓存的一致性协议及实现

针对现有的高速缓存一致性协议应用在基于写回、非写分配缓存的多核处理器的缺点,提出一种新颖的基于写干涉的一致性协议,并加以硬件实现.采用写干涉协议,在处理器产生写缺失操作时,可以把数据直接写到系统中其他处理器有效的该高速缓存行中;支持"脏数据"的延迟回写和缓存间的数据拷贝;且系统中只要存在有效的被请求的缓存行就可以提供数据,避免不必要的共享存储器访问.实验结果表明,该文提出的写干涉协议与MOESI协议相比,显著减少了对共享存储器的访问,提高了整个系统性能,同时大幅降了低动态功耗.

基于Simics的分布式一致性协议仿真

用于多种计算机系统和指令系统仿真的Virtutech Simics只提供一个简单的顺序扁平侦听式高速缓存一致性(Snoo-ping Cache Coherence Protocol)模型支持MESI协议,从而制约了可仿真的并行处理器个数。以下将基于目录的分布式高速缓存一致性协议(Distributed Directory-based Cache Coherence Protocol)模型应用于Simics中并给出基于Simics的分布式一致性协议的仿真结果。这一结果证实分布式协议能降低事件总数,减少网络中的事件。本文提出一个简单的基于目录的分布式高速缓存一致性协议,从而解决制约Simics的可扩放性问题。

基于国产CPU的并行冗余计算机系统研究

目前国家不断推进的国产自主可控信息系统建设,其核心国产计算机系统由于技术成熟度低、市场推广晚等原因,暴露出可靠性低、稳定性差的问题,直接导致系统功能无法成功应用;围绕国产化计算机系统的并行冗余架构开展研究,通过计算机系统架构的软硬件设计,以及高速缓存一致性架构、高速互联总线和三状态转换机制方法的应用,基于国产CPU并行冗余计算机系统,可以有效消除备份计算机系统进行当班切换时,存在的切换时间延时和切换过程数据丢失的问题;通过试验验证,该系统可以完成计算机系统中CPU处理器和功能桥片故障模式的容错处理,并保障信息数据的完整性和实时性,有效提高设备中计算机系统的工作可靠性与稳定性。