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流寄存器文件的研究与实现

流寄存器文件的研究与实现

作者：齐树波国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着计算机应用领域不断拓展,流媒体应用及科学计算正成为微处理器的一种重要负载。流体系结构是针对流媒体应用及科学计算的新型的高性能的计算机体系结构。本课题所属的项目——X处理器的研制是这种体系结构的一种实现。众所周知,处... 详细信息

随着计算机应用领域不断拓展,流媒体应用及科学计算正成为微处理器的一种重要负载。流体系结构是针对流媒体应用及科学计算的新型的高性能的计算机体系结构。本课题所属的项目——X处理器的研制是这种体系结构的一种实现。众所周知,处理器和存储速度之间越来越大的差距使带宽瓶颈成为现代计算机体系结构所要解决的一个难题。针对流应用特点,X处理器采用了新型的三级流式存储层次:局部寄存器文件、流寄存器文件和片外存储器,有效解决了带宽问题。其中流寄存器文件作为大容量片内存储器,缓存计算核心所需要的流和其生成的中间流,负责流数据在各部件间传输,是X处理器的核心部件之一。本文主要针对流寄存器文件展开研究。本文首先介绍了X处理器的体系结构,以及针对这种系结构所采用的编程模型。其次介绍了流寄存器文件的结构,分析了流寄存器文件与传统处理器片内Cache的不同,研究了流寄存器文件的软件管理机制——流调度。接着给出了流寄存器文件详细的实现,重点介绍了流寄存器文件实现过程中的关键技术,给出了模块级验证和系统验证的方法,并在此基础上分析了流寄存器文件的性能,对综合结果进行了分析。最后,提出了另外一种结构的流寄存器文件——索引流寄存器文件。三个应用程序的模拟结果显示,流寄存器文件能够为计算群提供足够的带宽,流寄存器文件导致的计算核心的停顿不到整个停顿的1%。综合结果表明SRF的实现能够达到500MHZ的频率。流片后的结果显示,X处理器能够正确的工作,达到了预定的目标。

关键词：流体系结构存储层次流寄存器文件流缓冲器仲裁器流调度

一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术

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计算机研究与发展 2012年第3期49卷 491-498页

作者：乐大珩齐树波李少青张民选国防科学技术大学计算机学院长沙410073

在密码算法电路中寄存器翻转时刻随机化对芯片抗DPA(differential power analysis)攻击能力有很大影响,因此提出了一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术,其核心是利用不同频率时钟相位差的变化实现电路中关键寄存器翻转时刻的... 详细信息

在密码算法电路中寄存器翻转时刻随机化对芯片抗DPA(differential power analysis)攻击能力有很大影响,因此提出了一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术,其核心是利用不同频率时钟相位差的变化实现电路中关键寄存器翻转时刻的随机变化.针对跨时钟域的数据和控制信号,提出了需要满足的时序约束条件的计算方法,同时还分析了不同时钟频率对寄存器翻转时刻随机化程度的影响.以AES密码算法协处理器为例,实现了所提出的寄存器翻转时刻随机化技术,通过实验模拟的方法验证了理论分析的正确性.实验结果显示,在合理选择电路工作时钟频率的情况下,所提出的技术能够有效提高密码算法电路的抗DPA攻击性能.

关键词：差分功耗攻击高级加密标准防护技术随机化多时钟域

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一种基于编码分配的报片交换无缓冲路由器

上海交通大学学报 2013年第1期47卷 144-148页

作者：沈剑良齐树波李晋文刘磊李思昆国防科学技术大学计算机学院长沙410073

提出了一种基于编码分配的报片交换无缓冲路由器(FBEA-BLESS),通过非偏转和偏转2级分配策略来减小路由器的关键路径延时,并采用go-stop-steer(GOSS)机制来避免网络的活锁.结果表明,与基准的无缓冲路由器(BLESS)相比,所提出的FBEA-BLESS... 详细信息

提出了一种基于编码分配的报片交换无缓冲路由器(FBEA-BLESS),通过非偏转和偏转2级分配策略来减小路由器的关键路径延时,并采用go-stop-steer(GOSS)机制来避免网络的活锁.结果表明,与基准的无缓冲路由器(BLESS)相比,所提出的FBEA-BLESS的网络平均延迟降低了29.4%.

关键词：无缓冲路由器报片交换编码分配交叉开关分配活锁

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面向片上网络的多播吞吐率和能量模型

国防科技大学学报 2011年第6期33卷 36-41页

作者：齐树波蒋江李晋文张民选国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 上海交通大学微电子学院上海200240

片上网络逐渐成为片上众核中非常有前景的互连方式。基于目录的cache一致性协议的维护需要片上互连网络高效的支持多播。在借鉴单播的网络吞吐率模型基础上,建立了面向多播的网络吞吐率模型和体系结构级的能量模型。相对于传统的多播路... 详细信息

片上网络逐渐成为片上众核中非常有前景的互连方式。基于目录的cache一致性协议的维护需要片上互连网络高效的支持多播。在借鉴单播的网络吞吐率模型基础上,建立了面向多播的网络吞吐率模型和体系结构级的能量模型。相对于传统的多播路由算法,负载平衡维序路由算法(BDoR)和最小路径维序路由算法(MPDoR)通过平衡X和Y两个方向上的网络负载,从而能够获得较大的网络吞吐率。基于功能模拟器的模拟结果显示:在4×4的Mesh网络中,随机广播通信下,MPDoR算法的网络吞吐率是XY多播路由算法的1.6倍;网络输出加速比为2时,网络才能够进入饱和状态;MPDoR算法下网络消耗能量与OPT算法相当。

关键词：片上网络多播吞吐率能量路由算法

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一种多核微处理器互连接口的设计与性能分析

国防科技大学学报 2010年第4期32卷 94-99页

作者：周宏伟邓让钰窦强齐树波沈长云国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 中国舰船研究院北京100191

并行是提高计算机性能最主要的方法,随着集成电路生产工艺的不断发展,除了在单个芯片内集成更多的处理器核外,通过集成高速互连网络接口构建多路并行系统一直是提高高性能计算机并行性的主要方式。提出了一种面向多核微处理器的互连接... 详细信息

并行是提高计算机性能最主要的方法,随着集成电路生产工艺的不断发展,除了在单个芯片内集成更多的处理器核外,通过集成高速互连网络接口构建多路并行系统一直是提高高性能计算机并行性的主要方式。提出了一种面向多核微处理器的互连接口的设计方案,基于精简的PCI-E总线协议,采用高速串行数据传输技术,支持Cache一致性报文和大块数据传输报文,能够用于实现4个处理器的直接互连。模拟结果表明,优化设计的互连接口每个接口能够实现64Gbps的双向最大有效带宽,最小传输延迟为120ns,能够较好平衡不同报文类型对带宽和传输延时的要求。

关键词：多核处理器互连 PCI-E

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片上二级cache漏流功耗控制策略研究

电子学报 2008年第8期36卷 1532-1537页

作者：周宏伟欧国东齐树波张民选国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

随着工艺尺寸缩小和处理器频率的提高,大容量的片上L2 cache成为处理器漏流功耗的主要来源.提出的保守多状态(C-SP&SD)和推断多状态(S-SP&SD)两种L2 cache漏流功耗控制策略能够将状态保留(State-Preserving)与状态破坏(State-Destroying... 详细信息

随着工艺尺寸缩小和处理器频率的提高,大容量的片上L2 cache成为处理器漏流功耗的主要来源.提出的保守多状态(C-SP&SD)和推断多状态(S-SP&SD)两种L2 cache漏流功耗控制策略能够将状态保留(State-Preserving)与状态破坏(State-Destroying)两种低功耗模式相结合.如果一个数据在多级cache存储层次中存在多个副本,那么只保留一个副本处于活跃状态,其他副本均被转换到低功耗模式,并且在不显著影响处理器性能的前提下尽可能转换到更低功耗的状态破坏模式.与传统的L2 cache漏流控制策略相比,C-SP&SD策略以较小的处理器性能损失换取较大的L2cache漏流功耗节省,而S-SP&SD策略则实现了最优的L2 cache漏流功耗节省和处理器能量效率.

关键词：二级 cache 漏流功耗

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新型LED舰用手术灯的光学设计研究

中华航海医学与高气压医学杂志 2021年第4期28卷 433-436,468页

作者：齐树波喻锡成骆星九刘勇海军军医大学海军特色医学中心上海200433

目的探讨新型LED舰用手术灯的光学设计效果。方法采用光学模拟软件lighttools,开展了全内反射(TIR)透镜的优化设计,以及舰用手术灯的照明特性分析,并对舰艇手术室照明效果进行了模拟。结果 TIR透镜能够高效收集LED光线,收集率可达78%。... 详细信息

目的探讨新型LED舰用手术灯的光学设计效果。方法采用光学模拟软件lighttools,开展了全内反射(TIR)透镜的优化设计,以及舰用手术灯的照明特性分析,并对舰艇手术室照明效果进行了模拟。结果 TIR透镜能够高效收集LED光线,收集率可达78%。经过二次光学设计,LED灯珠的光斑中心照度可以达到9.1 klx,单灯为42.5 klx,照明系统为200.0 klx。舰用手术灯的光斑直径为238 mm,光斑分布均匀。结论基于TIR透镜的新型LED舰用手术灯的照明指标能够满足行业标准要求。

关键词：新型LED 舰用手术灯光学设计中心照度光斑直径

利用动态二进制翻译加速应用程序行为特征分析

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计算机研究与发展 2012年第1期49卷 35-43页

作者：赵天磊唐遇星付桂涛贾小敏齐树波张民选国防科学技术大学计算机学院长沙410073

应用程序运行时典型行为特征分析的一种重要方法是SimPoint,但是为SimPoint生成基本块向量剖析(basic block vector profile,BBV profile)文件非常耗时.首先提出了一个利用动态二进制翻译技术生成BBVprofile的通用框架DBT-BBV,然后详细... 详细信息

应用程序运行时典型行为特征分析的一种重要方法是SimPoint,但是为SimPoint生成基本块向量剖析(basic block vector profile,BBV profile)文件非常耗时.首先提出了一个利用动态二进制翻译技术生成BBVprofile的通用框架DBT-BBV,然后详细分析了几种降低开销的优化技术,最后基于DBT-BBV和提出的优化技术设计实现了一个高效的BBVProfile收集工具QPoint.利用SPEC2006测试程序集评估了所提出的优化技术和QPoint的性能和开销.与现有工具相比,QPoint有两个优势:①QPoint的性能高于现有工具,在普通PC机上最高速度为292MIPS,平均速度为109MIPS,BBV Profile收集的平均开销小于4%,在同类工具中最低;②QPoint支持众多体系结构平台,包括x86/x86_64,ARM,POWER,SPARC,MIPS等,并且可跨指令集收集BBVProfile.结果显示,动态二进制翻译技术在应用程序行为特征分析加速方面具有非常好的效果.

关键词：应用程序行为分析二进制翻译 SimPoint BBV Profile QPoint

面向片上网络路由器漏流功耗优化的自适应缓冲管理策略

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计算机研究与发展 2011年第12期48卷 2400-2409页

作者：齐树波李晋文乐大珩赵天磊张民选国防科学技术大学计算机学院长沙410073

随着单芯片上集成处理器数量的增加,片上网络逐渐成为多核处理器中非常有前景的互连结构.互连网络成为片上多处理器功耗的重要消耗部件之一.而输入缓冲器是路由器漏流功耗的最大消耗单元,采用门控电源是降低其漏流功耗的有效手段.自适... 详细信息

随着单芯片上集成处理器数量的增加,片上网络逐渐成为多核处理器中非常有前景的互连结构.互连网络成为片上多处理器功耗的重要消耗部件之一.而输入缓冲器是路由器漏流功耗的最大消耗单元,采用门控电源是降低其漏流功耗的有效手段.自适应缓冲管理策略能够根据网络中通信量,自适应地关闭/打开缓冲的一部分,从而降低路由器漏流功耗.而为了减小对网络延迟的影响,该策略中采用的提前唤醒技术能够隐藏缓冲的唤醒延迟.在网络注入率较低情况下,两项缓冲不关闭策略下的网络延迟几乎不受唤醒延迟影响.模拟结果显示,在4×4的二维Mesh中,即使网络注入率为0.7,漏流功耗的节约率依然可以高达46%;网络注入率小于0.4时,两项缓冲不关闭策略下的网络延迟最大仅仅增加了3.8%.

关键词：片上网络路由器动态功耗漏流功耗自适应缓冲管理