基于混合粒子群优化的CMP线程调度方法

为提高片上多核处理器(CMP)架构中线程调度的执行效率,发挥CMP的并行性能,提出一种基于混合粒子群优化算法的线程调度方法。根据设计的线程调度模型,利用有向无环图表述线程及线程间的相互依赖关系,并采用改进的混合粒子群算法对其进行合理调度。实验结果表明,该方法的执行效率优于现有的遗传算法,能有效地降低任务的执行时间,充分发挥多核架构的优势。

氮化镓晶片的CMP技术现状与趋势

综述了半导体材料氮化镓(Ga N)抛光技术的发展,介绍了Ga N晶片化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)技术的研究现状,分析了CMP的原理和工艺参数对抛光的影响,指出了CMP亟待解决的技术和理论问题,并对其发展方向进行了展望。

CCSim：基于Pin的CMPCache访问模拟器

随着芯片集成制造工艺的日益发展,拥有多级Cache的片上多处理器(CMP)已成为桌面应用和高端计算的主流平台.为了优化程序在CMP下运行性能,文中以Pin工具软件为基础,提出并设计了一个面向CMP体系架构的多级Cache访问模拟器——CCSim.该模拟器不仅可以模拟同构CMP下传统方式的Cache访问,而且还可以对CMP中最后一级共享Cache的竞争访问以及非传统方式的Barcelona式Cache访问模式进行模拟分析.

基于CMP的高密度计算机多目标设计方法

面向高端应用的高效能计算机一般具有高性能、高集成度、高热密度、高复杂性的特点,其研制是一项复杂的系统工程。每一环节,存在功能、性能、可靠性等相互制约但需同时兼顾的多个目标。在实践中这些方面的权衡设计如何以有序的方式展开,是一个亟待解决的关键问题。提出了可靠性与功能、性能权衡的设计方法,并应用到一款基于国产多核处理器的16路高密度计算机的自主研制中,软件仿真分析和系统实测验证了该权衡设计方法的有效性。

GaN晶片的CMP加工工艺研究

研究了GaN晶片的化学机械抛光(CMP)工艺,分析了在CMP加工工艺过程中对GaN晶片表面质量所产生的影响。实验采用质量分数30%的H2O2溶液与铁经过Fenton化学反应20 min后作为抛光液,并分别利用2种不同磨粒粒度W5和W0.5对晶片表面抛光,对不同工艺参数加工后的晶片表面进行测试分析,并推测加工过程中晶片表面可能发生的化学反应。

CMP中基于目录的协作Cache设计方案

片上多处理器中二级Cache的设计和管理是影响其性能的关键因素之一。在私有二级Cache的基础上,提出一种基于集中式一致性目录的协作Cache设计方案,通过有效地管理片上存储资源来优化处理器的性能,从而使该协作Cache具有平均访存延迟小、Cache缺失率低、可扩展性好等优点。实验结果显示,与共享二级Cache设计相比,协作Cache可以将4核处理器的吞吐量平均提高13.5%,而其硬件开销约为8.1%。

环连接CMP模拟器:Godson-Ring

片上互连结构和cache一致性协议是片上多核处理器(CMP)设计的关键。为了探索使用环形互连结构CMP的cache一致性协议设计空间,需要使用对环形互连结构和cache一致性协议进行精确模拟的CMP模拟器平台。Godson-Ring是一个环连接CMP的用户态模拟器平台,采用功能和时序相分离的模拟方式,使用了事件驱动和执行驱动相结合的方法,周期精确地模拟了环形互连结构和cache一致性协议的硬件行为。该模拟器具有速度快和灵活性高的特点,能模拟多种cache一致性协议,可以快速、有效地探索环连接CMP的cache一致性协议设计空间。

片上多核处理器共享资源分配与调度策略研究综述

对于片上多核处理器,如何在多线程间公平有效地分配调度有限的共享资源是一个很重要的问题.随着处理器核规模的增长,多线程对于系统中有限的共享资源的争夺将愈发激烈,由此导致的对于系统性能的影响也将更加显著.为了缓解乃至解决这一问题,除了增加可用共享资源外,一个能够公平有效地在多线程间分配共享资源的调度算法也至关重要.在各类共享资源中,对于系统性能有着最大影响的是共享缓存和动态随机存储器(dynamic random-access memory,DRAM)系统.对于共享缓存,可以通过缓存分区来降低由于线程间的争夺所带来的影响;对于DRAM系统,可以采取适当的调度算法来调节各个线程发出的访存请求的服务优先级,从而改善系统性能.首先分别以系统吞吐量和公平性为优化目标介绍了一系列对共享缓存的分区调度算法,并针对缓存分区粒度过大的问题给出了相关解决方案.然后从利用线程的访存行为特征和借鉴网络路由算法等多个角度介绍了DRAM的调度算法.研究了从全局出发的联合调度算法,以解决针对不同共享资源的调度算法间相互矛盾的问题.最后从不同角度对于今后的研究进行了展望.

一种分片式多核处理器的用户级模拟器

随着片上晶体管资源的增多和互连线延迟的加大,分片式多核微处理器已成为多核处理器设计的新方向.为了对这种新型处理器进行体系结构的深入研究和设计空间的探索,设计并实现了针对分片式多核处理器的用户级多核性能模拟器.该多核模拟器在龙芯2号单处理器核的基础上,完整地模拟了基于目录的Cache一致性协议和存储转发式片上互联网络的结构模型,详细地刻画了由于系统乱序处理各种请求应答和请求之间的冲突而造成的时序特性,可以通过运行各种串行或并行的工作负载对多核处理器的各种重要性能指标加以评估,为多核处理器的结构设计提供了快速、灵活、高效的研究平台.

面向低功耗的多核处理器Cache设计方法

针对多核处理器下的共享二级缓存(L2 Cache)提出了一种面向低功耗的Cache设计方案(LPD)。在LPD方案中,分别通过低功耗的共享Cache混合划分算法(LPHP)、可重构Cache算法(CRA)和基于Cache划分的路预测算法(WPP-L2)来达到降低Cache功耗的目的,同时保证系统的性能良好。在LPHP和CRA中,程序运行时动态地关闭Cache中空闲的Cache列,节省了对空闲列的访问功耗。在WPP-L2中,利用路预测技术在Cache访问前给出预测路信息,预测命中时则可用最短的访问延时和最少的访问功耗完成Cache访问;预测失效时,则结合Cache划分策略,降低由路预测失效导致的额外功耗开销。通过SPEC2000测试程序验证,与传统使用最近最少使用(LRU)替换策略的共享L2 Cache相比,本方案提出的三种算法虽然对程序执行时间稍有影响,但分别节省了20.5%、17%和64.6%的平均L2 Cache访问功耗,甚至还提高了系统吞吐率。实验表明,所提方法在保持系统性能的同时可以显著降低多核处理器的功耗。

面向多核处理器的空间数据库索引性能分析

空间数据库索引是提高空间查询性能的重要方法,片上多核处理器的出现,在提高数据库性能的同时,也给空间索引结构提出了新的挑战。面向多核处理器,还缺乏对各种主要空间数据库索引结构和性能的综合实验比较,从而无法定量分析影响索引性能的重要因素。针对目前主流的共享cache多核处理器,对R树、HilbertR树、四叉树及CR树在内存中的性能进行了测试,分析了不同处理器硬件、不同索引结点大小、不同选择率、不同输入数据等多种因素对索引性能的影响。实验表明,在多核环境下,为了提高空间索引性能,必须充分利用多核处理器的硬件特性。

Linux系统中多核实时调度平台的设计

为使各种实时调度算法能够在Linux环境中得到运行和验证,设计一种Linux系统中的公共多核调度平台。该平台由调度模块和跟踪测试模块组成,调度模块实现系统调用、调度处理以及同步功能,跟踪测试模块实现日志和跟踪功能。测试结果表明,该平台可正确显示调度算法的运行结果。

基于WCET的多核共享资源冲突分析与约束研究

随着片上多核处理器在嵌入式实时系统中的应用,片上共享资源给任务的WCET分析带来诸多挑战,使得对多核共享资源冲突问题的研究变得非常重要。依据研究的目标,可以把目前已有的研究分为面向共享资源冲突分析和面向共享资源冲突约束两大类。对于面向共享资源冲突分析问题,探讨了不同共享资源冲突产生的原因,概括和比较了典型的冲突分析方法的优势和局限性;对于面向共享资源冲突约束问题,给出了其主要的研究内容,并评述和分析了几种主流的冲突约束方法。最后针对目前的研究状况指出了一些研究方向。

基于缓存行为特征的线程数据预取距离控制策略

针对目前大多数面向指针应用程序的线程数据预取方法在预取距离控制方面的不足,该文提出一种基于缓存行为特征的数据预取距离控制策略。该策略利用指针应用程序执行时的数据缓存特征构建预取距离控制模型,以避免共享缓存污染,降低系统资源竞争,并通过忽略对部分非循环依赖数据预取平衡帮助线程与主线程间的执行任务,提高线程数据预取的时效性。实验结果表明,通过该策略控制线程数据预取距离能进一步提高线程预取性能。

高密度集成与单芯片多核系统及其研究进展

在体积、重量和功耗有严格约束的情况下,系统小型化遇到多种技术挑战,为了满足高密度计算和小型化的要求,高密度系统集成和单芯片多核处理器至关重要。讨论了高密度集成与单芯片多核处理器技术及其研究进展,其中包括单芯片多核处理器(CMP)、片上网络(NoC)、3D集成电路、高密度封装。提出了CMP的两个发展特征,即小核大数量和层次型簇结构。指出高密度集成设计与高密度封装设计逐渐融合,并为单芯片多核系统的物理实现提供了技术保证,为最终实现高密度计算和小型化系统提供了硬件解决方案。

选择性循环的并行方法

针对含有大量循环的串行程序存在的问题,提出一种基于线程级前瞻技术的循环选择方案。该方案对循环进行最优选择后建立一个可并行运行的循环集。对于该集合中的循环,选择并行效率高的代码段作并行处理,以加快串行程序运行速度。实验表明,相对于一般的简单内部循环或外部循环并行方法,该方案使9种基准代码的加速比平均上升23.8%,从而提高串行程序并行运行的效率。

帮助线程预取技术研究综述

帮助线程预取是当前多核平台提高非规则数据密集应用预取效果性能的关键技术之一,近年来已成为国内外的研究热点。针对非规则数据密集应用访存规律的非连续局部性特征,帮助线程预取技术利用CMP平台的最后一级共享缓存(LLC)将应用的非连续局部性转换为瞬时的连续时空局部性(即时局部性),从而达到通过线程级数据预取提高程序性能的目的。归纳了帮助线程预取技术的分类,概括和比较了不同帮助线程实现技术的优势和局限性,深入分析和探讨了现有的几种典型帮助线程技术的预取控制策略。最后从帮助线程实时控制、参数动态选取和优化方面指出了帮助线程预取技术的研究方向。

高得率化机浆木片预处理及关键设备——螺旋挤压撕裂机的研究

木片高得率化机浆具有得率高、污染轻、纸浆用途广等优点,通过在磨浆前加强对木片原料的机械-化学预处理,降低磨浆能耗、提高纸浆强度及白度。文章重点介绍了木片高得率化机浆预处理过程、作用及关键设备——螺旋挤压撕裂机的基本结构、工作原理、主要零部件结构及关键结构参数,为螺旋挤压撕裂机的设计提供了一定的参考。

同构与异构片上多核系统的演进过程

系统级芯片是高端电子系统的核心,而片上多核系统是近年来系统级芯片的主要实现形式。近十年来,片上多核系统一直是数字集成电路领域的热点,经过众多研究者的不断努力诞生了大量很有意义的研究成果。但由于片上多核系统的研究者背景和应用领域不同导致发展演进过程较为复杂而难以理解。为减少这一问题的影响,总结了片上多核系统的演进历史与现状,并对片上多核系统未来的发展提出了一些看法。