基于路暫停方法的高性能低功耗Cache研究.pdf

1、Cache通過解決高速處理器和低速主存之間的匹配問題，提高了計算機(jī)系統(tǒng)的性能。但是高性能Cache本身也消耗了處理器的大部分能量。高端處理器的溫度不斷升高，需要低功耗解決方案；嵌入式處理器芯片不僅缺乏散熱能力，而且更需要低能耗技術(shù)來延長電池供電時間，因此設(shè)計者必須同時考慮性能、能量消耗等多個方面因素。 首先，從計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的角度對Cache的功耗進(jìn)行了研究，分析了以往的系統(tǒng)級功耗優(yōu)化方法。采用能夠有效地減少Cache存取過程中

2、內(nèi)部活動的路暫停Cache模型，對其進(jìn)行了修改，加入了分離比較器，提出了一種新的分離比較Cache原型。它能夠在節(jié)省能耗的同時，顯著地提高系統(tǒng)性能。在此基礎(chǔ)上，引入有效位預(yù)判的方法，提出了一種帶有效位預(yù)判的分離比較Cache原型。它進(jìn)一步排除對無效塊讀取的能耗，從而確保同時獲得高性能和低功耗。 其次，分析研究了體系結(jié)構(gòu)建模仿真工具Simplescalar和Wattch。Simplescalar是支持亂序流水線的處理器和動態(tài)調(diào)度的

3、多級存儲結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)級模擬器；Wattch在Simplescalar的基礎(chǔ)上添加了計算Cache能耗和訪存時間的功能。通過該平臺，可以在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計初期，確定Cache的組織結(jié)構(gòu)，以達(dá)到要求的Cache能耗指標(biāo)。 最后，利用Wattch平臺，通過具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分離比較Cache方法和帶有效位預(yù)判的分離比較Cache方法的有效性。模擬結(jié)果表明：帶有效位預(yù)判的分離比較Cache能夠節(jié)省傳統(tǒng)四路組相聯(lián)Cache平均8％的訪存時間和