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.

基于龙芯3号CPU的服务器功耗测试及分析

阐述了龙芯3号CPU的性能特点及应用情况,在对比了采用龙芯CPU以及Intel和AMD CPU服务器测得的实际功耗值的基础上,分析了这三种CPU在不同情况下的能耗特点以及制造工艺对性能和功耗的影响。对影响CPU功耗的主频、CPU负荷以及节能功能等因素进行了研究,提出增加动态调频和提升制造工艺的建议。

龙芯处理器上的TLB性能优化技术

TLB(translation look-aside buffer)是分页式虚拟存储系统用于加速虚实地址转换的必不可少的性能优化部件.TLB处于访存的关键路径上,对系统性能有着至关重要的影响.同时TLB失效开销大,是龙芯处理器的系统性能瓶颈.因此,优化系统TLB的性能对于龙芯处理器系统性能的提升意义重大.实现了龙芯处理器上通过减少TLB失效次数以及降低TLB失效开销的TLB性能优化方法而分别采用的超页技术和软TLB技术,以及结合龙芯3号处理器新增的锁L2cache功能,进一步优化了的软TLB技术.

基于龙芯CPU的服务器访存性能测试与分析

阐述了龙芯3号CPU的性能特点及应用情况,分析了影响内存带宽的因素以及龙芯与至强处理器之间的差别,并使用STRAM测试工具测试出它们之间实际的内存带宽差距。提升龙芯CPU的主频并且改进片内内存控制器来提升内存带宽,同时保证龙芯系列低功耗特点。

基于MIPS架构的内存虚拟化研究

内存虚拟化是系统虚拟化中如何有效抽象、利用、隔离计算机物理内存的重要方法,决定着系统虚拟化的整体性能.传统的纯软件内存虚拟化方法会产生较大的资源开销并且兼容性差,而硬件辅助的内存虚拟化方法需要重新设计处理器硬件架构.基于MIPS架构处理器提出一种软硬件协同的内存虚拟化方法,在不增加硬件支持的情况下提高内存虚拟化性能.提出的多层虚拟地址空间模型不仅可以解决MIPS架构处理器存在的虚拟化缺陷,而且可以在已有的内存虚拟化方法上提高性能.在多层虚拟地址空间模型的基础上,提出基于地址空间标识码(address space identity,ASID)、动态划分的旁路转换缓冲(translation lookaside buffer,TLB)共享方法,降低了虚拟机切换的开销.最终,在MIPS架构的龙芯3号处理器上实现了系统虚拟机VIRT-LOONGSON.性能测试表明,提出的方法可以提高大多数测试程序的性能,达到二进制翻译执行性能的3~5倍,并在TLB模拟方法的基础上提高了5%~16%的性能.

基于MIPS架构的异构内存虚拟化方法研究

针对传统的同构内存虚拟化方法缺乏平台扩展性，在非X86处理器平台上性能较差的问题，研究了影响虚拟机内存性能的几个因素，并基于MIPS架构处理器提出了异构内存虚拟化方法，在不增加软件复杂度的前提下，提高了内存虚拟化性能。该方法基于对同构内存虚拟化的性能瓶颈的分析，通过修改虚拟机内存管理单元（MMU）降低软件维护开销；采用宿主机与客户机共享页表的方法提升访存的异常处理速度。该方法在龙芯3号处理器的系统虚拟机KVM-LOONGSON上得到实现。测试结果表明，该方法可以显著提升各类应用程序的性能，相比同构内存虚拟化方法，性能可以提升50％到700％，达到本地执行性能的71％～97％。