一种高效GPU存储系统体系架构设计.pdf

本文主要探讨了一种针对图形处理器（GPU）的高效存储系统体系架构设计，旨在解决GPU性能提升的关键因素——带宽利用率低的问题。作者卢俊、颜哲和田泽来自中国航空计算技术研究所，他们提出了一种基于层次化存储架构的解决方案。 在GPU的应用中，如电影、视频、游戏和动画制作，图形处理负载的增加使得CPU可以从繁重的图形任务中解脱出来，专注于通用计算。然而，GPU性能的提升受到存储系统带宽利用效率的影响。为了解决这个问题，文章分析了局部性原理，并据此设计了一种四层结构的存储系统。 这个四层结构包括：1) 寄存器文件，提供高速数据访问；2) 高速缓存（Cache），用于减少对主内存的访问，提高数据访问速度；3) 显存（VRAM），作为GPU的主要数据存储区域，容量较大但速度相对较慢；4) 系统内存（SDRAM），用于存储大量数据，但访问速度最慢。每一层都有其特定的功能和设计，以优化数据的存储和访问流程。 文章还详细介绍了Cache子模块，它通过缓存最近使用的数据来减少对显存和系统内存的访问，提高带宽利用率。同时，内存管理单元（MMU）负责虚拟地址到物理地址的映射，确保数据的正确访问和管理。 通过仿真，作者证明了这种层次化存储架构能够有效地减少对外部存储器的访问次数，从而显著提高带宽利用率。这种设计策略对于提升GPU在各种应用场景下的性能至关重要，特别是在处理大规模图形数据时。 本文提出的GPU存储系统体系架构设计着重于提高带宽利用率，通过层次化的存储层次结构和优化的Cache及内存管理，实现了对GPU性能的有效提升。这对于GPU的硬件设计者和软件开发者来说，提供了重要的参考和指导，有助于进一步推动图形处理技术的发展。