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面向E级超算系统的众核片上存储层次研究

计算机工程 2023年第12期49卷 10-24页

作者：方燕飞刘齐董恩铭李雁冰过锋王谛何王全漆锋滨国家并行计算机工程技术研究中心北京100190

当前众核已成为构建高性能计算(HPC)超级计算机的主流微处理器架构,为HPC领域E级超算提供强大的算力。随着众核处理器片上集成的运算核心数量不断增加,众多核心对存储资源竞争愈加激烈,“访存墙”问题越来越突出。众核片上存储层次是缓... 详细信息

当前众核已成为构建高性能计算(HPC)超级计算机的主流微处理器架构,为HPC领域E级超算提供强大的算力。随着众核处理器片上集成的运算核心数量不断增加,众多核心对存储资源竞争愈加激烈,“访存墙”问题越来越突出。众核片上存储层次是缓解“访存墙”问题并帮助HPC应用更好地发挥众核处理器的计算优势以提升实际应用性能的重要结构。众核片上存储层次的设计对众核片上系统性能、功耗和面积具有重要影响,是众核结构设计中的重要环节,也是业界的研究热点。由于众核芯片发展历史和片上微体系结构设计技术的不同,以及所面向的应用领域需求不同等原因,目前的HPC主流众核片上存储层次结构并不单一,但从横向比较和各处理器自身纵向发展趋势,以及从HPC与数据科学、机器学习不断融合发展带来的应用需求变化来看,SPM+Cache的混合结构最可能成为今后HPC E级超算系统众核处理器片上存储层次设计的主流选择。在面向E级计算的软件和算法层面,开展针对众核存储层次特点的设计与优化,可以帮助HPC应用更好地发挥众核处理器的计算优势,从而有效提升实际应用性能,因此面向众核片上存储层次特点的软件及算法设计与优化技术也是业界的研究热点之一。首先按照不同的组织方式将片上存储层次分为多级Cache结构、SPM结构和SPM+Cache混合结构,并总结分析3种结构的优缺点。然后分析国际主流GPU、同构众核、国产众核等面向主流E级超算系统的众核处理器片上存储层次设计现状与发展趋势。最后从众核LLC管理与缓存一致性协议、SPM空间管理与数据移动优化、SPM+Cache混合结构的全局视角优化等角度综述国际上的存储层次设计与优化相关软硬件技术的研究现状。在此基础上,从软硬件及算法设计等不同角度展望了片上存储层次的未来研究方向。

关键词： E级超算众核处理器存储层次高性能计算便签式存储器末级缓存

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面向存储层次设计优化的GPU程序性能分析

计算机科学 2017年第12期44卷 1-10页

作者：唐滔彭林黄春杨灿群国防科学技术大学计算机学院长沙410073

图形处理器凭借着比传统CPU更高的峰值性能和能效,以及日渐成熟的软件环境,逐渐成为构建异构并行系统的最流行的加速器之一。虽然GPU依靠轻量级线程的灵活切换来隐藏访存延迟,但其超高的并发度仍然给存储系统带来了很大压力,其性能的有... 详细信息

图形处理器凭借着比传统CPU更高的峰值性能和能效,以及日渐成熟的软件环境,逐渐成为构建异构并行系统的最流行的加速器之一。虽然GPU依靠轻量级线程的灵活切换来隐藏访存延迟,但其超高的并发度仍然给存储系统带来了很大压力,其性能的有效发挥受访存效率的强烈影响。因此GPU程序的访存行为分析及优化一直是GPU相关领域的研究热点,但很少有工作从体系结构的角度分析存储层次的设计对性能的影响。为了更好地指导GPU存储层次的设计和访存优化,从实验的角度详细地分析了GPU各存储层次对程序性能的影响,并总结出若干指导性的优化策略,为未来类似体系结构的存储层次设计和程序优化提供建议。

关键词：异构系统图形处理器存储层次性能分析优化

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X处理器存储层次研究

计算机与现代化 2007年第12期 22-24页

作者：付桂涛高军邢座程国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

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。流媒体应用的特征是大量的数据并行、少量的数据重用以及每次访存带来的大量计算。因为带宽的限制,传统的微处理器结构很难满足这些特点。X处理器是一... 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。流媒体应用的特征是大量的数据并行、少量的数据重用以及每次访存带来的大量计算。因为带宽的限制,传统的微处理器结构很难满足这些特点。X处理器是一款流处理器,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。本文在模拟平台采用了两种方法(RS码和测试程序)测试,验证了流存储层次解决带宽瓶颈的有效性,也证明了设计的正确性。

关键词：流媒体应用带宽存储层次

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图像处理中数据复用及存储层次设计的研究

计算机技术与发展 2012年第12期22卷 43-46,50页

作者：魏武杨靓西安微电子技术研究所陕西西安710065

图像处理过程中数据传输量大,通过数据复用可以减少数据传输量提高执行效率。同时图像分块的大小在很大程度上决定了存储器大小,而存储器大小对系统的功耗影响巨大。文中通过对分块图像平滑算法的研究,提出了四种数据复用层次。再以TS10... 详细信息

图像处理过程中数据传输量大,通过数据复用可以减少数据传输量提高执行效率。同时图像分块的大小在很大程度上决定了存储器大小,而存储器大小对系统的功耗影响巨大。文中通过对分块图像平滑算法的研究,提出了四种数据复用层次。再以TS101为仿真平台,在不同的分块大小下编写汇编代码模拟数据流在不同存储器间的流动,然后得出其执行效率、存储器大小和数据复用层次、块大小等的关系。为硬件设计中存储器体系结构的优化设计提供了参考。

关键词：复用层次块大小存储层次汇编代码

“Cache-主存”和“主存-辅存”存储层次的对比分析

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甘肃高师学报 2011年第2期16卷 38-40页

作者：包得海甘肃民族师范学院计算机科学系甘肃合作747000

"Cache-主存"和"主存-辅存"层次结构是当代计算机普遍采用的两种存储层次.本文对这两种存储层次依据的原理和基本思想、引入的目的、硬件组成、失效开销、映像规则、查找方法、替换算法、写策略等多个方面进行了对比分析.以加深对存储... 详细信息

"Cache-主存"和"主存-辅存"层次结构是当代计算机普遍采用的两种存储层次.本文对这两种存储层次依据的原理和基本思想、引入的目的、硬件组成、失效开销、映像规则、查找方法、替换算法、写策略等多个方面进行了对比分析.以加深对存储层次的理解,提高对层次结构设计思想的认识.

关键词：存储器存储层次虚拟存储技术 “Cache-主存” “主存-辅存”

“Cache-主存”和“主存-辅存”存储层次的对比分析

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电脑学习 2010年第6期 110-112页

作者：包得海火克华甘肃民族师范学院计算机科学系讲师甘肃合作747000 兰州大学信息科学与工程学院工程师甘肃兰州730000

本文对"Cache-主存"和"主存-辅存"这两种存储层次依据的原理和基本思想、引入的目的、硬件组成、失效开销、映像规则、查找方法、替换算法、写策略等多个方面进行了对比分析。以加深对存储层次的理解,提高对层次结构设计思想的认识。

关键词：存储器存储层次虚拟存储技术 “Cache-主存” “主存-辅存”

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一种多核处理器存储层次性能评估模型

一种多核处理器存储层次性能评估模型

第八届全国信息隐藏与多媒体安全学术大会湖南省计算机学会第十一届学术年会

作者：郭建军戴葵王志英国防科学技术大学计算机学院

一种用于评估多核处理器存储层次性能的模型,使用排队论建模,求解速度快,可以在设计早期给出不同配置参数对处理器整体性能的影响,从而调整存储层次结构,优化设计.

关键词：多核处理器存储层次评估模型

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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金融大数据的存储层次规划与设计

福建电脑 2014年第2期30卷 24-25页

作者：郭展飞上海金融学院信息管理学院上海201209

在金融信息化的高速发展的今天,如何储存和处理每天产生的大量数据急需合理的方法。现在普遍采用的关系型数据库经过长时间发展,各方面性能都有较好的表现;另一方面,分布式系统构架正在逐渐兴起,具有高容错性,成本较低等优点。在本文中... 详细信息

在金融信息化的高速发展的今天,如何储存和处理每天产生的大量数据急需合理的方法。现在普遍采用的关系型数据库经过长时间发展,各方面性能都有较好的表现;另一方面,分布式系统构架正在逐渐兴起,具有高容错性,成本较低等优点。在本文中,我们将通过实验来比较这两种常见的数据库模型,考察它们在大数据平台搭建、存储和处理过程所体现出的性能差异。通过比较,分析它们在未来金融数据存储过程中所要做的改变。

关键词：金融大数据存储层次 Hadoop构架 MapReduce模型并行DBMS

swLLVM:面向神威新一代超级计算机的优化编译器

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软件学报 2024年第5期35卷 2359-2378页

作者：沈莉周文浩王飞肖谦武文浩张鲁飞安虹漆锋滨中国科学技术大学安徽合肥230026 国家并行计算机工程技术研究中心北京100190 江南计算技术研究所江苏无锡214083 清华大学北京100084

异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申... 详细信息

异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申威异构众核处理器SW26010Pro.为了发挥新一代众核处理器的性能优势,支撑新兴科学计算应用的开发和优化,设计并实现面向SW26010Pro平台的优化编译器swLLVM.该编译器支持Athread和SDAA双模态异构编程模型,提供多级存储层次描述及向量操作扩展,并且针对SW26010Pro架构特点实现控制流向量化、基于代价的节点合并以及针对多级存储层次的编译优化.测试结果表明,所设计并实现的编译优化效果显著,其中,控制流向量化和节点合并优化的平均加速比分别为1.23和1.11,而访存相关优化最高可获得2.49倍的性能提升.最后,使用SPEC CPU2006标准测试集从多个维度对swLLVM进行了综合评估,相较于SWGCC的相同优化级别,swLLVM整型课题性能平均下降0.12%,浮点型课题性能平均提升9.04%,整体性能平均提升5.25%,编译速度平均提升79.1%,代码尺寸平均减少1.15%.

关键词：异构众核编译系统编程模型存储层次向量化节点合并访存优化