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基于多个取指优先级的同时多线程处理器取指策略

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电子学报 2006年第5期34卷 790-795页

作者：孙彩霞张民选国防科学技术大学计算机学院湖南长沙410073

同时多线程(SMT,SimultaneousMultithreading)处理器中,同时运行的线程在共享资源的同时也在竞争资源.如果一个发生L2 cache失效的线程长时间占用共享资源,那么会导致其他线程运行速度减慢,甚至会因为缺少资源而停顿下来,从而降低了SMT... 详细信息

同时多线程(SMT,SimultaneousMultithreading)处理器中,同时运行的线程在共享资源的同时也在竞争资源.如果一个发生L2 cache失效的线程长时间占用共享资源,那么会导致其他线程运行速度减慢,甚至会因为缺少资源而停顿下来,从而降低了SMT处理器的总体性能.本文提出了一种基于多个取指优先级的同时多线程取指策略MFP(Multiple Fetch Priorities),用于减少L2 cache失效给处理器性能带来的负面影响.模拟结果表明,无论使用IPC作为度量标准还是使用Hmean作为度量标准,对于所有类型的工作负载,尤其是存储器访问密集的工作负载,MFP都要优于现有的其他取指策略.此外,对于不同的取指策略,MFP表现出不同程度的提升.相对于PDG的提升最明显,平均IPC以及平均Hmean分别提高了19.2%和27.7%.

关键词：同时多线程 cache失效取指策略取指优先级资源分配

MOSI:一种基于超长指令字处理器的同时多线程微体系结构

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计算机学报 2006年第3期29卷 378-383页

作者：万江华陈书明国防科学技术大学计算机学院长沙410073

描述了一种基于超长指令字处理器的同时多线程微体系结构———MOSI(MultiOp Splitting Issue,多操作①分离发射).MOSI动态地发射同一多操作内的指令,并通过写回缓冲保证计算结果的写回顺序与编译器的视图一致,从而以较小的代价解决了SM... 详细信息

描述了一种基于超长指令字处理器的同时多线程微体系结构———MOSI(MultiOp Splitting Issue,多操作①分离发射).MOSI动态地发射同一多操作内的指令,并通过写回缓冲保证计算结果的写回顺序与编译器的视图一致,从而以较小的代价解决了SMT技术中的关键问题.文中详细描述了写回缓冲的结构及算法,给出了多个线程的硬件模型,最后对硬件支持线程的个数及Cache的组织结构进行了讨论.实验结果表明,基于MOSI结构的双线程处理器能够将吞吐率提高40%.

关键词：同时多线程超长指令字多操作指令发射写回缓冲

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龙芯2号同时多线程处理器的软硬件接口设计

软件学报 2007年第7期18卷 1806-1817页

作者：李祖松许先超胡伟武唐志敏中国科学院计算技术研究所中国科学院研究生院北京100049

随着生产工艺的提高,芯片上能集成越来越多的晶体管,多线程技术也逐步成为一种主流的处理器体系结构技术,而多线程处理器的软硬件接口也就成为急需解决的问题.在分析同时多线程的软件需求的基础上,提出龙芯2号同时多线程处理器的软硬件... 详细信息

随着生产工艺的提高,芯片上能集成越来越多的晶体管,多线程技术也逐步成为一种主流的处理器体系结构技术,而多线程处理器的软硬件接口也就成为急需解决的问题.在分析同时多线程的软件需求的基础上,提出龙芯2号同时多线程处理器的软硬件接口协同设计解决方案,给出相应的操作系统实现方案.同时,在Linux2.4.20的基础上实现了龙芯2号同时多线程处理器相应的操作系统.通过运行SPEC CPU2000等测试程序进行性能评测,充分说明实现软硬件接口的龙芯2号同时多线程处理器极大地提高了多进程负载的性能.分析和设计方案不仅适用于同时多线程处理器,而且对于片内多核处理器的设计也有借鉴作用.

关键词：龙芯2号同时多线程微体系结构 Linux操作系统

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一种同时多线程指令队列竞争缓解策略

同济大学学报（自然科学版） 2013年第12期41卷 1889-1897页

作者：江建慧刘宇朱一南钱剑琤同济大学软件学院上海201804

同时多线程结构利用线程级并行和指令级并行的优势,提高了指令吞吐率,但线程对关键资源(如指令队列)的竞争会削弱这种优势,造成资源浪费,又会降低处理器性能.提出了指令队列利用参数,通过分析指令队列利用率与处理器性能的关系,用实验... 详细信息

同时多线程结构利用线程级并行和指令级并行的优势,提高了指令吞吐率,但线程对关键资源(如指令队列)的竞争会削弱这种优势,造成资源浪费,又会降低处理器性能.提出了指令队列利用参数,通过分析指令队列利用率与处理器性能的关系,用实验评估了在四线程情况下,典型静态指令队列竞争缓解策略(如Dwarn,2OP_Block,Static)及其组合对处理器性能的影响.给出了load依赖链模型,分析了基于load依赖链的基准程序线程特性,提出了一种结合线程特性的指令队列竞争缓解策略.实验结果表明,该策略能够加速执行指令吞吐率较高的线程,通过提升此类线程的性能使整体指令吞吐率进一步增加.

关键词：同时多线程指令队列 load依赖链竞争缓解策略线程特性

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一种支持同时多线程的VLIW DSP架构

电子学报 2010年第2期38卷 352-358页

作者：沈钲孙义和清华大学微电子研究所清华信息科学与技术国家实验室北京100084

本文提出了一种支持同时多线程的动态分发超长指令字(VLIW)数字信号处理器(DSP)架构.该DSP架构上可以同时运行多个线程,功能单元可以执行来自多个线程的指令,有效地提高DSP的指令吞吐率.为了使多个线程的指令更有效地调度分发到功能单元... 详细信息

本文提出了一种支持同时多线程的动态分发超长指令字(VLIW)数字信号处理器(DSP)架构.该DSP架构上可以同时运行多个线程,功能单元可以执行来自多个线程的指令,有效地提高DSP的指令吞吐率.为了使多个线程的指令更有效地调度分发到功能单元,该DSP架构还支持指令动态分发,由硬件分发单元而不是编译器来完成多线程指令的动态分配.实验结果表明,相比于单线程而言,本文提出的VLIW DSP架构可以提高功能单元利用率,隐藏存储器访问时延,使处理器的指令吞吐率平均提高约26.89%.

关键词：同时多线程超长指令字数字信号处理器

ARP：同时多线程处理器中共享Cache自适应运行时划分机制

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计算机研究与发展 2008年第7期45卷 1269-1277页

作者：隋秀峰吴俊敏陈国良中国科学技术大学计算机科学技术系合肥230027

同时多线程是一种延迟容忍的体系结构,采用共享的二级Cache,在每个周期内可以执行多个线程的多条指令,这就会增加对存储层次的压力.文中主要研究了SMT处理器中多个并发执行的线程之间共享Cache的划分问题,尤其是Cache共享中的公平性问... 详细信息

同时多线程是一种延迟容忍的体系结构,采用共享的二级Cache,在每个周期内可以执行多个线程的多条指令,这就会增加对存储层次的压力.文中主要研究了SMT处理器中多个并发执行的线程之间共享Cache的划分问题,尤其是Cache共享中的公平性问题以及它和吞吐量之间的关系.传统的LRU策略会根据线程的需要隐式地划分共享Cache,给具有较高需求的线程分配较多的Cache空间,对Cache的管理具有不公平性,从而会引起线程饿死、优先级反转等问题.实现了一种自适应、运行时划分机制(ARP)来管理共享***采用公平性作为划分的度量,并且使用动态划分算法来优化公平性,该算法具有易于实现,所需剖析较少的特点,硬件上使用经典的监控器来收集每个线程的栈距离信息,其存储开销不到0.25%.实验结果显示,与基于LRU的Cache划分相比,ARP可以将一个2路SMT处理器的公平性提高2.26倍,而将吞吐量平均提高14.75%.

关键词：同时多线程共享高速缓存动态划分动态组采样高速缓存公平性

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公平运行同时多线程处理器中的线程

电子学报 2008年第2期36卷 224-229页

作者：孙彩霞张民选国防科学技术大学计算机学院湖南长沙410073

同时多线程(SMT,Simultaneous Multithreading)处理器中,取指策略隐式的决定了共享资源在线程之间的分配,进而决定了吞吐量和公平性.然而,前面对取指策略的研究大都集中在吞吐量优化上,对公平性的研究极少.本文把公平性作为优化目标,提... 详细信息

同时多线程(SMT,Simultaneous Multithreading)处理器中,取指策略隐式的决定了共享资源在线程之间的分配,进而决定了吞吐量和公平性.然而,前面对取指策略的研究大都集中在吞吐量优化上,对公平性的研究极少.本文把公平性作为优化目标,提出了一种新颖的取指策略FAIR.实验结果表明:对于所有类型的负载,FAIR都能获得很好的公平性,RPRrange都不超过5%.而且,FAIR并没有以牺牲吞吐量来获取公平性.与ICOUNT这种典型的以优化吞吐量为目标的取指策略相比,FAIR的吞吐量平均只降低了3.8%.

关键词：同时多线程取指策略吞吐量公平性

基于存储级并行的同时多线程电压紧急容错技术

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计算机学报 2013年第5期36卷 1065-1075页

作者：胡杏潘送军胡瑜李晓维中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

时钟门控等低功耗技术引起的电流波动以及供电网络上的寄生阻抗效应,共同形成感应噪声(di/dt),引起供电电压波动.过大的电压波动可能引发时延故障并影响系统正确运行,被称之为电压紧急.文章分析了同时多线程处理器中电压紧急与程序访存... 详细信息

时钟门控等低功耗技术引起的电流波动以及供电网络上的寄生阻抗效应,共同形成感应噪声(di/dt),引起供电电压波动.过大的电压波动可能引发时延故障并影响系统正确运行,被称之为电压紧急.文章分析了同时多线程处理器中电压紧急与程序访存行为之间的关系,结合程序的存储级并行性,提出了一种线程调度方法以减少电压紧急对系统性能的影响.实验结果表明,与flush方法相比,所提方法在双线程环境下平均减少21.7%的电压紧急,在四线程环境下平均减少25.2%的电压紧急,并能够有效提高同时多线程处理器的公平性.

关键词：电压紧急感应噪声同时多线程存储级并行

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龙芯2号处理器的同时多线程设计

计算机学报 2009年第11期32卷 2265-2273页

作者：李祖松许先超胡伟武唐志敏中国科学院计算技术研究所计算机系统结构重点实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100039

提出了适合龙芯2号处理器的同时多线程处理器模型,并介绍了具体的微体系结构设计以及相应的Linux操作系统的实现方案.通过在设计的龙芯2号同时多线程处理器上启动Linux操作系统,并运行应用程序,例如SPEC CPU2000,进行性能评测.结果表明... 详细信息

提出了适合龙芯2号处理器的同时多线程处理器模型,并介绍了具体的微体系结构设计以及相应的Linux操作系统的实现方案.通过在设计的龙芯2号同时多线程处理器上启动Linux操作系统,并运行应用程序,例如SPEC CPU2000,进行性能评测.结果表明,龙芯2号同时多线程处理器通过挖掘线程级并行性,将龙芯2号处理器的性能提高了31.1%.

关键词：龙芯2 同时多线程微体系结构 Linux操作系统