检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：胡晨光中国科学技术大学

学位级别：硕士

当今，随着微处理器制造与集成技术的不断进步与发展，以多核处理器为节点而构成的集群系统以其较高的性价比日渐成为主流的并行计算平台。与此同时，现代科学与工程计算中大规模数据处理的需求也在与日俱增。如何充分发挥多核集群的计... 详细信息

当今，随着微处理器制造与集成技术的不断进步与发展，以多核处理器为节点而构成的集群系统以其较高的性价比日渐成为主流的并行计算平台。与此同时，现代科学与工程计算中大规模数据处理的需求也在与日俱增。如何充分发挥多核集群的计算资源优势，从根本上提高并行程序运行性能，满足人们的计算需求，却是摆在研究人员面前一个急需解决的难题。由于大规模科学与工程计算程序的运行时间往往很长，因此，借助模拟器而非实际运行来得到并观测程序运行行为和性能参数已成为程序性能优化的一个重要且有效的手段。\n 影响并行程序运行性能的因素是多方面的，其中一个重要方面就是计算节点或处理器访存效率。然而在这方面，传统的模拟器所提供的功能有限，这主要是因为传统的模拟器往往针对串行程序的访存模拟，缺少对并行硬件平台以及并行程序的运行特点的考虑。为此，本文提出了一个面向当前主流并行系统——多核集群的并行程序cache模拟器。本文主要的研究工作与成果如下：\n 第一，多核集群中cache模型的建立与设计。本文研究了包括异构集群在内的集群cache模型的有效建立与形式化表示方法；从可扩展性与可维护性的角度出发，给出了将诸如查找替换算法、一致性协议等cache相关的核心算法与cache模型的不同层次进行有效整合的设计策略。本文还研究了基于消息传递多进程、基于共享变量多线程或两者混合的多种模式并行程序到多核集群cache模型的映射关联机制。\n 第二，多核集群cache模拟器的研究与设计。结合多种模式并行程序的运行特点和前面提出的多核集群cache模型，本文对并行程序cache模拟的全过程进行了深入的分析与探讨。在此基础上，本文研究了多核集群cache模拟器的软件体系架构，提出了一个由cache模拟层、通讯层和应用层组成的层次化的模拟器框架，详细定义并设计了各层的功能与接口。\n 目前，我们已在Intel公司Pin软件基础上完成上述模拟器框架的一个原型系统的设计与实现。较之以往的模拟器，该原型系统具有以下特色：\n 1、面向多核集群和多种并行程序运行环境。利用本文提出的模拟器，可以得到多模式的并行程序中各个进程或线程运行时的cache访问信息。\n 2、可以模拟异构多核集群下cache访问行为。在模拟器中，通过配置文件，用户可以分别为异构的节点指定相应的cache模型参数，从而模拟并行程序中的进程或线程在异构集群上不同的cache模型下的运行情况。\n 3、具有较高的扩展性可满足不同用户的需求。模拟器架构采用层次设计，所涉及到各个cache有关算法都与模拟器松散耦合，方便替换。\n 4、可方便地模拟并行程序中几乎任意程序段的cache访问行为。这样做不仅可以满足研究人员对某段程序或某个模块的cache访问特征的研究需求，加强了我们模拟器使用的针对性；还减少不必要的模拟时间，提高了模拟的效率。\n 5、兼顾串行程序的cache模拟。虽然针对的是Cluster并行系统及多形式并行程序运行时的cache访问模拟，但对传统的单核处理器和串行程序也提供了良好的支持。扩大了我们模拟器的使用范围。\n 实际测试表明，我们的并行cache模拟器时效好、针对性强、适应面宽。它的提出与实现弥补了以往cache模拟工具在模拟并行程序应用时的不足，较好地满足了用户对并行程序性能优化的需求。

关键词： cache模拟器并行程序多核处理器多核集群

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基于QEMU的UniCore-3 cache模拟器设计与实现

基于QEMU的UniCore-3 Cache模拟器设计与实现

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作者：曹松北京大学

学位级别：硕士

现代计算机系统普遍采用多级层次化高速缓存结构来弥补处理器和内存之间的性能差距。随着处理器和内存之间性能差距的不断增大，高速缓存对处理器性能和能耗的影响也不断增大，高速缓存的重要性更加凸显。因此，有效管理高速缓存，提高... 详细信息

现代计算机系统普遍采用多级层次化高速缓存结构来弥补处理器和内存之间的性能差距。随着处理器和内存之间性能差距的不断增大，高速缓存对处理器性能和能耗的影响也不断增大，高速缓存的重要性更加凸显。因此，有效管理高速缓存，提高高速缓存利用率对于改进计算机系统整体性能具有重要的意义。\n 本文在支持UniCore-3体系结构的QEMU全系统模拟器上，针对UniCore-3高速缓存的特点，对多级高速缓存层次结构进行了模拟实现，可支持UniCore64操作系统中高速缓存管理机制的开发和调试，并可支持开展硬件访存行为的对比分析和验证;通过对全系统的访存行为进行剖视分析，为操作系统和应用程序的访存优化提供定量依据。\n 本文主要工作如下:(1)设计和实现了UniCore-3处理器的多级层次化高速缓存模拟器，可以模拟UniCore-3中的私有一级高速缓存和共享二级高速缓存的结构和功能。(2)在QEMU全系统模拟器中，为了与硬件的访存行为保持一致，重新设计了访存路径，增加了高速缓存模拟器的中间阶段;不仅可以对访问高速缓存的行为进行剖视，还可以模拟存储器之间的数据传递和操作，以支持操作系统的高速缓存管理操作的开发调试。(3)使用基准测试程序集对高速缓存模拟器的可用性、准确度和性能进行了评测;高速缓存模拟器的访存结果与cachegrind的结果一致，平均速度能够达到4.27MIPS，与原来的QEMU指令数的误差仅为-0.002％到0.002％，准确度高。实验结果表明，高速缓存模拟器可以与硬件行为保持一致，为高速缓存相关的软硬件开发、调试和对比分析提供有效支持。\n 本文所设计和实现的高速缓存模拟器已应用在UniCore64操作系统的高速缓存管理机制的开发和片载物理cache的调试过程中，能够加快定位出错位置，提高调试效率。同时，通过对应用软件和系统软件的访存行为进行剖视，可以从函数和指令粒度观察软件运行状况，分析软件的访存行为，为发现系统访存性能瓶颈和开展优化提供定量依据。

关键词： cache模拟器系统设计 UniCore-3体系结构性能评价

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高性能cache模拟器的研究与实现

高性能Cache模拟器的研究与实现

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2007年全国高性能计算学术年会

作者：徐真华高小鹏龙翔北京航空航天大学计算机学院北京 100083

软件模拟是一种常见的cache系统设计方法。现有的cache模拟器模拟效率不高,如何利用更多的计算资源加速cache模拟是当前模拟器研究的一个热点。本文在分析现有的cache模拟加速技术的基础上提出了一种适合共享存储计算机上运行的cache模... 详细信息

软件模拟是一种常见的cache系统设计方法。现有的cache模拟器模拟效率不高,如何利用更多的计算资源加速cache模拟是当前模拟器研究的一个热点。本文在分析现有的cache模拟加速技术的基础上提出了一种适合共享存储计算机上运行的cache模拟加速方法,通过复用缓慢的访存请求读取过程和并行地对不同配置的多组cache系统进行模拟,取得了高性能的模拟加速。理论分析显示该方法在本文的双核平台50组配置下模拟性能提升多达10.22倍,本文实验结果验证加速比为9.52,表明该方法能够有效地加速cache模拟。

关键词： cache模拟器并行编程系统设计模拟加速

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CCSim:基于Pin的CMP cache访问模拟器

CCSim:基于Pin的CMP Cache访问模拟器

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2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议

作者：郑启龙栾俊房明吴晓伟中国科学技术大学计算机系

随着芯片集成制造工艺的日益发展,拥有多级cache的片上多处理器(CMP)已成为桌面应用和高端计算的主流平台.为了优化程序在CMP下运行性能,文中以Pin工具软件为基础,提出并设计了一个面向CMP体系架构的多级cache访问模拟器——CCSim.该模... 详细信息

随着芯片集成制造工艺的日益发展,拥有多级cache的片上多处理器(CMP)已成为桌面应用和高端计算的主流平台.为了优化程序在CMP下运行性能,文中以Pin工具软件为基础,提出并设计了一个面向CMP体系架构的多级cache访问模拟器——CCSim.该模拟器不仅可以模拟同构CMP下传统方式的cache访问,而且还可以对CMP中最后一级共享cache的竞争访问以及非传统方式的Barcelona式cache访问模式进行模拟分析.

关键词： Pin cache模拟器片上多处理器

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CCSim：基于Pin的CMPcache访问模拟器

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微电子学与计算机 2008年第10期25卷 5-7,11页

作者：郑启龙栾俊房明吴晓伟中国科学技术大学计算机系

关键词： Pin cache模拟器片上多处理器

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基于PPR模型的稀疏矩阵向量乘及卷积性能优化研究

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计算机研究与发展 2021年第3期58卷 445-457页

作者：谢震谭光明孙凝晖计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学计算机与控制学院北京100049

稀疏矩阵向量乘和卷积作为高性能计算的两大计算核心,是非规则和规则访存的典型代表.目前已经做了许多针对性的优化工作,但是对于大量运行着不同指令集和拥有不同计算和访存性能的机器,仍然无法判定在特定的体系结构下导致性能效率无法... 详细信息

稀疏矩阵向量乘和卷积作为高性能计算的两大计算核心,是非规则和规则访存的典型代表.目前已经做了许多针对性的优化工作,但是对于大量运行着不同指令集和拥有不同计算和访存性能的机器,仍然无法判定在特定的体系结构下导致性能效率无法被完全释放的主要原因及性能瓶颈,同时也很难准确预测出程序在特定机器上可达到的最佳性能.通过使用性能模型方法,建模程序在真实机器上的运行细节,可以得出更加精确的性能预测,并且根据模型输出的反馈信息提出针对性的优化指导.提出了PPR(probability-process-ram)模型,并在一个通用处理器上建模程序内指令执行和数据传输开销,其中包括使用模型预测各种指令数量及内存层次之间的数据传输大小去分析程序各个阶段的性能瓶颈,并且根据模型反馈的信息提出优化方案以及优化后的性能期望.最终使用PPR建模和优化2个计算核心,同时也比较了与常用的Roofline和ECM模型的区别.

关键词：性能模型反馈优化稀疏矩阵向量乘卷积 cache模拟器

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CMFSim:高可配可扩展的缓存微架构功能模拟器

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计算机系统应用 2017年第10期26卷 36-43页

作者：宋双洋赵姗杨秋松中国科学院软件研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

作为提高CPU读取和存储数据的效率,弥补与主存之间存取速度差距的有效策略,CPU的缓存(cache)充分利用其对数据使用的局部性原理,对最近或最常使用的数据进行暂存,对CPU的性能起着决定性作用.缓存的微架构正是决定缓存性能的关键性因素.... 详细信息

作为提高CPU读取和存储数据的效率,弥补与主存之间存取速度差距的有效策略,CPU的缓存(cache)充分利用其对数据使用的局部性原理,对最近或最常使用的数据进行暂存,对CPU的性能起着决定性作用.缓存的微架构正是决定缓存性能的关键性因素.然而,现代先进的CPU缓存都具备极为复杂的结构,存在多种策略、多种硬件算法和多个层级等不同维度的设计,从硬件上直接设计和论证不仅耗时而且成本很高,cache微架构模拟器正是用软件方法对硬件微架构进行模拟和仿真.设计一款结构优良的缓存,对不同微架构进行评估,是一件具有深远意义的工作.本文从硬件结构出发,设计实现了一款多级、高可配、高可扩展的缓存微架构功能模拟器CMFSim(cache microarchitecture functional simulator),实现了常见的缓存策略和硬件算法,可以进行给定配置下的缓存功能的模拟,从而分析配置参数与缓存性能间的关系.

关键词：多级cache cache微架构 cache模拟器

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用GPU加速cache模拟

用GPU加速Cache模拟

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2007年北京地区高校研究生学术交流会

作者：李瑞瑞高小鹏龙翔北京航空航天大学计算机学院 100083

处理器cache技术在现有的系统中扮演着越来越重要的角色,Trace-driven的模拟器是评估cache设计性能的重要工具。但是,基于CPU的串行Trace-driven cache模拟器模拟需要耗费很长的时间,随着cache研究的深入,这种低效的模拟器已经不能适应... 详细信息

处理器cache技术在现有的系统中扮演着越来越重要的角色,Trace-driven的模拟器是评估cache设计性能的重要工具。但是,基于CPU的串行Trace-driven cache模拟器模拟需要耗费很长的时间,随着cache研究的深入,这种低效的模拟器已经不能适应实际应用的需要。本文描述了一个用GPU加速单层单核Trace-drivencache模拟器的低成本方法,它将Trace-driven cache模拟算法和GPU的并行体系结构完美结合,并具有很好的并行性和可扩展性。文章对该模拟器的算法和实现进行了深入分析,并结合所使用的GPU的架构特点进行了进一步的优化。实验结果表明,得益于GPU的强大计算和并行能力,和基于CPU的cache模拟器相比,基于GPU的模拟器具有明显的加速效果。

关键词：多核 cache模拟器高速缓冲存储器图形处理器

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