處理器微體系結(jié)構(gòu)模擬加速策略研究.pdf

1、在設(shè)計新的處理器時，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要從很大的設(shè)計空間尋求最優(yōu)的設(shè)計方案。設(shè)計方案的優(yōu)劣依賴于精確到時鐘周期級別的微體系結(jié)構(gòu)模擬器評估。然而，現(xiàn)有模擬器的速度一直是瓶頸，嚴(yán)重制約著體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師從更多的設(shè)計方案中尋求最優(yōu)的設(shè)計，尤其是在多核乃至眾核處理器的設(shè)計中，模擬器的速度瓶頸顯得更加嚴(yán)重。
　　 現(xiàn)有的模擬加速方法主要對測試程序的部分動態(tài)指令段進(jìn)行詳細(xì)模擬并預(yù)熱，雖然加快了模擬速度，但存在兩個關(guān)鍵問題：(1)如何既簡單又合

2、理地選取部分動態(tài)指令段；(2)如何盡可能少地進(jìn)行“預(yù)熱”。因此，研究新的處理器微體系結(jié)構(gòu)模擬加速策略十分必要。二階段系統(tǒng)抽樣模擬加速策略、康托爾模擬加速策略對合理選取部分動態(tài)指令段提供了有效支持；功能預(yù)熱加速策略有效減少了“預(yù)熱”長度。
　　 性能基準(zhǔn)測試程序的程序行為并不是隨機(jī)的，它呈現(xiàn)出周期性，不同程序的程序行為周期不同。傳統(tǒng)的抽樣模擬方法要么不考慮周期性，詳細(xì)模擬許多冗余的指令執(zhí)行，從而導(dǎo)致模擬速度的下降；要么試圖嚴(yán)格考慮

3、周期性，但缺乏捕捉周期性的有效手段。針對上述問題，二階段系統(tǒng)抽樣模擬將詳細(xì)模擬指令的選擇分為兩個階段。第一階段將測試程序的動態(tài)指令流等分成長度較大的指令段，在這些段中以等間隔選取一定數(shù)目的指令段作為候選詳細(xì)模擬指令段。第二階段將第一階段選出的每個段等分成長度更小的指令段，再以等間隔選取一定數(shù)目的指令段作為最終的詳細(xì)模擬指令段。與傳統(tǒng)的抽樣模擬方法相比，該方法既可以減少冗余，又提供了有效考慮程序行為周期性的手段，可以通過設(shè)置參數(shù)演變成多種

4、其他的抽樣策略。
　　 TSSS模擬器是二階段系統(tǒng)抽樣模擬策略的原型，也可作為一種程序行為分析的工具?；赥SSS模擬器的實(shí)驗(yàn)表明，二階段系統(tǒng)抽樣模擬策略和目前最快的SMARTS策略相比可以獲得15%的加速，而模擬精度相當(dāng)。
　　 康托爾模擬加速策略以非常規(guī)方法解決指令選擇問題。該策略將分形理論應(yīng)用到微體系結(jié)構(gòu)模擬中，使用三分康托爾集的構(gòu)造過程進(jìn)行詳細(xì)模擬指令段的選擇。
　　 性能基準(zhǔn)測試程序的程序行為周期性表現(xiàn)

5、為一種“群聚”性，而康托爾集也具有這一特性，使用康托爾集的構(gòu)造過程可以近似模擬程序的行為特性?？低袪柲M加速策略利用“群聚”性建立CPI（Cycle Per Instruction）預(yù)測模型，利用該模型用戶只要確定一個參數(shù)，即分割次數(shù)，就可以進(jìn)行模擬，是一種簡單明了的模擬策略。
　　 CantorSim模擬器是康托爾模擬加速策略的原型?；贑antorSim的實(shí)驗(yàn)表明，康托爾模擬加速策略比SMARTS策略的速度提高了23%，CP

6、I平均相對誤差為3.2%，仍具有較高精度。
　　 功能預(yù)熱加速策略解決“預(yù)熱”問題。在只有部分指令被詳細(xì)模擬的技術(shù)中，由于詳細(xì)模擬之前的功能模擬并不模擬微體系結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，所以在開始詳細(xì)模擬時必然會造成模擬失真的情況?；诘染喑闃印肮δ茴A(yù)熱”加速策略將抽樣策略中功能預(yù)熱指令段分成許多等長度的小指令段，然后以等間隔選取一些指令段進(jìn)行功能預(yù)熱，其它指令段以快速的功能模擬方式執(zhí)行，在保證精度的情況下提高了整體模擬速度。該策略給出了其參數(shù)