片上多核处理器末级共享Cache可重用数据预测机制.pdf

【片上多核处理器末级共享Cache可重用数据预测机制】 随着计算机技术的发展，片上多核处理器（Chip Multi-Processor, CMP）已经成为提升系统性能的重要手段。然而，多核处理器中的末级共享Cache（Last Level Cache, LLC）由于其资源的共享性，容易产生数据冲突和Cache抖动，这严重影响了处理器的性能。本文提出的“基于替换算法的可重用数据预测机制”旨在解决这个问题。 在多核处理器中，每个核心都可能访问到相同的数据，导致LLC中的数据频繁替换，这被称为冲突缺失。这种现象不仅增加了Cache的替换次数，还可能导致性能下降，因为频繁的数据替换增加了处理器等待缓存填充的时间，即Cache抖动。为了解决这个问题，研究者韩立敏、高德远、樊晓桠、史莉雯和安建峰提出了一个创新性的解决方案——可重用数据预测机制（Reusable Data Predicting Mechanism, RDPM）。 RDPM机制主要基于数据的历史访问频率特性进行工作。当LLC需要替换数据时，它会首先检查即将被替换的数据的历史访问信息。通过对这些信息的分析，机制能够预测哪些数据在未来可能会被再次访问。如果数据被认为是可重用的，那么它会被保存在一个片上的专用存储器中，而不是直接从Cache中移除。这样，当这些数据再次被需要时，可以快速地从专用存储器中获取，避免了不必要的Cache替换，从而减少了冲突缺失和Cache抖动。 通过仿真测试，该机制成功提高了程序的IPC（Instructions per Clock），平均提升了2.9%，同时减少了有害的替换，平均降低了应用程序中22.69%的冲突缺失率。这一结果显示，RDPM有效地减轻了Cache抖动，提高了多核处理器的运行效率。 关键词：计算机系统结构、多核处理器、冲突缺失、Cache抖动、末级共享Cache 这个研究为优化多核处理器的Cache管理提供了一个新的视角，强调了对数据访问模式的理解和利用，以减少Cache的资源竞争。未来的研究可能会进一步探讨如何优化预测算法，提高预测准确率，以及如何更有效地利用片上专用存储器，以实现更高效的多核处理器性能提升。