处理器片上渗透缓存蕴含的时间与空间及时局部性

胡九川; 程建聪; 万良易; 吴楠士; 叶笑春; 严龙

doi:10.12263/DZXB.20231115

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处理器片上渗透缓存蕴含的时间与空间及时局部性

学术论文 | 更新时间：2026-05-07

- 处理器片上渗透缓存蕴含的时间与空间及时局部性
- The Time and Spatial Just-in-Time Locality of on-Chip Percolation Cache
- 电子学报 2024年52卷第10期页码：3589-3599
- 作者机构：
  
  1.北京交通大学计算机科学与技术学院，北京 100044
  2.教育部教育管理信息中心，北京 100816
  3.中国电子科技集团公司第32研究所，上海 201800
  4.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
- 作者简介：
  
  [ "胡九川男，1965年出生，重庆人.北京交通大学副教授、硕士生导师.主要研究方向为计算机体系结构、软件工程等.E-mail: jchhu@bjtu.edu.cn" ]
  [ "程建聪男，1997年出生，山西运城人.教育部教育管理信息中心，工程师.主要研究方向为计算机体系结构.E-mail: chengjiancong@moe.edu.cn" ]
  [ "万良易男，1995年出生，江西九江人.中国电子科技集团公司第32研究所工程师.主要研究方向为计算机体系结构.E-mail: wly950505@163.com" ]
  [ "吴楠士男，1995年出生，内蒙古自治区赤峰人.北京交通大学硕士生.主要研究方向为计算机体系结构.E-mail: 20140087@bjtu.edu.cn" ]
  [ "叶笑春男，1981年出生，江西人.中国科学院计算技术研究所副研究员、硕士生导师.主要研究方向为众核处理器体系结构、高性能计算、高通量计算、软件模拟技术等.E-mail: yexiaochun@ict.ac.cn" ]
  [ "严龙男，1988年出生，北京人.中国科学院计算技术研究所，工程师.主要研究方向高通量计算机体系结构.E-mail: yanlong@ict.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(62202451)
- DOI：10.12263/DZXB.20231115
  中图分类号： TP302.1;
- 收稿：2023-12-01，
  
  修回：2024-06-07，
  
  纸质出版：2024-10-25
- 稿件说明：
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胡九川, 程建聪, 万良易, 等. 处理器片上渗透缓存蕴含的时间与空间及时局部性[J]. 电子学报, 2024, 52(10): 3589-3599.

HU Jiu-chuan, CHENG Jian-cong, WAN Liang-yi, et al. The Time and Spatial Just-in-Time Locality of on-Chip Percolation Cache[J]. Acta Electronica Sinica, 2024, 52(10): 3589-3599.
胡九川, 程建聪, 万良易, 等. 处理器片上渗透缓存蕴含的时间与空间及时局部性[J]. 电子学报, 2024, 52(10): 3589-3599. DOI：10.12263/DZXB.20231115

HU Jiu-chuan, CHENG Jian-cong, WAN Liang-yi, et al. The Time and Spatial Just-in-Time Locality of on-Chip Percolation Cache[J]. Acta Electronica Sinica, 2024, 52(10): 3589-3599. DOI：10.12263/DZXB.20231115

摘要

处理器片上寄存器的分布形态与数量规模对处理器的整体计算性能有直接影响，这种影响表面上看是波及处理器片上缓存结构的改进和优化，本质上是时间要素与空间要素交织在一起的综合反映.因此，从时间和空间上确保处理器内核对片上缓存的局部化访问必将进一步提高处理器的整体计算性能.为了认识处理器片上缓存中存在的时间与空间及时局部性，以由传统缓存耦合而成的渗透缓存为工具来分析处理器内核访问片上缓存的时间与空间局部性，仿真实验表明渗透缓存因具备容纳时间与空间局部性的结构提高了处理器访问片上缓存的命中率，客观上缩短访存延迟，从而为提高处理器性能创造了有利条件.

Abstract

It is believed that the arrangements and amounts of the registers in processor chip have much heavy impact on the operation speed of the processor

which has induced the improvement of the structure of the on-chip cache

whose central task is to realize the fast access to the data in registers in the term of time and space. This kind of fast access to the register can be investigated vise the access process in which the data and structures in on-chip cache are accessed. By introducing the a new on-chip cache percolation cache

we prove that the existent of the time and spatial just-in-time locality which the percolation cache equips has contributed much to shorten the memory access delay by raising the hit rates when processor core accesses the percolation cache.

关键词

Keywords

references

胡九川 , 范东睿 , 李丹萍 , 等 . 一种支持数据渗透迁移的片上缓存模型研究 [J ] . 北京交通大学学报 , 2017 , 41 ( 5 ): 1 - 9 .

HU J C , FAN D R , LI D P , et al . An on-chip cache model research on supporting data permeation and migration [J ] . Journal of Beijing Jiaotong University , 2017 , 41 ( 5 ): 1 - 9 . (in Chinese)

TAN G M , SUN N H , GAO G R . Improving performance of dynamic programming via parallelism and locality on multicore architectures [J ] . IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems , 2009 , 20 ( 2 ): 261 - 274 .

GARCIA E , OROZCO D , KHAN R , et al . A dynamic schema to increase performance in many-core architectures through percolation operations [C ] // 20th Annual International Conference on High Performance Computing . Piscataway : IEEE , 2013 : 276 - 285 .

FAN D R , YUAN N , ZHANG J C , et al . Godson-T: An efficient many-core architecture for parallel program executions [J ] . Journal of Computer Science and Technology , 2009 , 24 ( 6 ): 1061 - 1073 .

胡伟武 , 陈云霁 , 肖俊华 , 等 . 计算机体系结构 [M ] . 北京 : 清华大学出版社 , 2011 : 185 - 202 .

HU W W , CHEN Y Q , XIAO J H , et al . Computer Architecture [M ] . Beijing : Tsinghua University Press , 2011 : 185 - 202 . (in Chinese)

PATTERSON D A , HENNESSY J L . Computer Organization and Design: The Hordwore/Softwore Interface [M ] . 5th Edition . Saint Louis : Morgan Kaufmann , 2014 : 280 - 305 .

KIM J , JANG H , LEE H J , et al . UC-check: Characterizing micro-operation caches in x86 processors and implications in security and performance [C ] // 54th Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture . New York : ACM , 2021 : 550 - 564 .

JIANG S Z , YANG Q S , CI Y W . Merging similar patterns for hardware prefetching [C ] // 2022 55th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture (MICRO) . Piscataway : IEEE , 2022 : 1012 - 1026 .

BAKHSHALIPOUR M , SHAKERINAVA M , LOTFI-KAMRAN P , et al . Bingo spatial data prefetcher [C ] // 2019 IEEE International Symposium on High Performance Computer Architecture (HPCA) . Piscataway : IEEE , 2019 : 399 - 411 .

WANG Z R , LIU C , BECKMANN N , et al . Affinity alloc: Taming not-so near-data computing [C ] // 56th Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture . New York : ACM , 2023 : 784 - 799 .

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