PCM磨損均衡算法容錯性及模擬的并行性研究.pdf

1、由于動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）的可擴(kuò)展性變得越來越差，逐漸接近極限，其已經(jīng)不能滿足高性能計(jì)算機(jī)主存的大容量需求。相變存儲器（Phase Change Memory,PCM）以其非易失性、低靜態(tài)能耗、高集成度、字節(jié)尋址等特性得到了研究者的廣泛關(guān)注和研究。與其它非易失性存儲材料相比，PCM正成為當(dāng)前DRAM與與非閃存（Not ANDFlash,NAND Flash）替代品中強(qiáng)有力

2、的競爭者。然而PCM依然存在寫壽命過低、寫能耗及寫延遲高的問題。另一方面，當(dāng)前的PCM模擬器在進(jìn)行對PCM有關(guān)研究的模擬時(shí)，普遍存在模擬時(shí)間過長的問題。LPCMsim是一個(gè)專為磨損均衡與糾錯研究而設(shè)計(jì)的輕量級PCM模擬器，模擬速度相比其它模擬器有較大改善，但仍然較慢。本文將主要針對PCM寫壽命過低及LPCMsim模擬速度問題展開以下兩方面研究：
　　磨損均衡是一種能有效延長PCM寫壽命的方法，但本文通過分析發(fā)現(xiàn)，磨損均衡存在數(shù)據(jù)污

3、染問題：當(dāng)PCM空間有數(shù)據(jù)塊出錯時(shí)，磨損均衡會將這個(gè)錯誤逐漸放大，直致整個(gè)地址空間的數(shù)據(jù)都成為無效的數(shù)據(jù)，降低PCM壽命及可靠性。本文提出了一種在PCM磨損均衡算法上增加壞塊管理機(jī)制的方法（Wear-Leveling with Wear-Out,WLWO），從而有效地防止磨損均衡算法的數(shù)據(jù)污染問題。WLWO首先在PCM中預(yù)留部分空間，每當(dāng)有新的壞塊出現(xiàn)，WLWO從預(yù)留空間中找到一個(gè)空閑的數(shù)據(jù)塊將其替換，以防止磨損均衡算法將未出錯的數(shù)據(jù)遷

4、入壞塊中造成數(shù)據(jù)污染,大大延長PCM的壽命。WLWO通過設(shè)置少量的BMT專用緩存，將頻繁訪問到的數(shù)據(jù)塊標(biāo)記項(xiàng)交換到專門緩存中，減少地址轉(zhuǎn)換延時(shí)。WLWO還采用了替換指針鏈壓縮的方法，顯著減少地址轉(zhuǎn)換時(shí)讀取替換指針的次數(shù)，從而減少PCM的訪問延遲。實(shí)驗(yàn)表明，WLWO只需設(shè)置少量的預(yù)留空間，便可以顯著地提高PCM的寫壽命，且所需的時(shí)間開銷較小。
　　針對LPCMsim的模擬時(shí)間仍然太長的問題，本文提出了一種基于多線程技術(shù)的LPCMsi

5、m并行化方法。該方法根據(jù)磨損均衡算法的分組特性，通過把不同的分組分配到不同的處理核心上完成對應(yīng)模擬，以此充分利用當(dāng)前流行的多核處理器的處理性能，達(dá)到提高 LPCMsim模擬器的模擬速度的目的。LPCMsim在實(shí)際模擬前將trace預(yù)處理：根據(jù)給定的分組方案，通過請求分發(fā)器將對應(yīng)到不同分組的訪問請求分發(fā)到各自的緩沖區(qū)。而實(shí)際模擬時(shí)各分組并行執(zhí)行，重放各自的trace。實(shí)驗(yàn)證明，并行LPCMsim的模擬速度相比原LPCMsim得到大幅提升，