基于PCM的混合内存系统的研究与仿真

作     者：罗毅 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖亮

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：相变存储器 混合内存控制器 混合内存仿真系统 

摘      要：目前，基于DRAM的主存系统在功耗与成本方面已接近瓶颈。相变存储器（Phase-Change-Memory,PCM）以其非易失、存储密度大、功耗低的特点有潜力成为未来大容量内存系统中DRAM的替代者。有学者提出了一种DRAM+PCM的混合内存系统结构,该结构中PCM作为主存，DRAM作为PCM的缓存。这种结构的有效性需要进一步验证。同时，目前PCM未能批量生产，基于样本的原型设计成本太高、周期太长。因此需要利用仿真器模拟混合内存系统。 为了实现PCM混合内存仿真系统，首先设计了一个混合内存控制器，该控制器实现了地址映射、命令生成、DRAM与PCM间数据交换的功能，并利用一个写队列平衡PCM较高的写延迟，优化了性能;其次提出了一种定时刷回策略和简单的LRU替换算法，能够以较小的代价实现DRAM中页的定期写回和高效替换，减少了掉电可能造成的损失;同时，提出了一种细粒度的元数据管理策略，将元数据与数据放在一起，减少了存储开销;最后，利用DRAMSim2和PCMSim仿真器搭建了一个混合内存仿真系统，并进行了验证测试。 测试结果显示，1GB DRAM和32GB PCM组成的混合内存系统的执行时间对比8GB DRAM基准系统减少了26%，对比32GB PCM系统减少了47%。