多核处理器Cache一致性协议关键技术研究

多核处理器规模的不断扩大和核间通信机制的日益复杂,使得Cache一致性维护变得更加困难。本文从多核处理器Cache一致性问题的产生背景出发,分析监听协议、目录协议、Token协议和Hammer协议的实现机制以及在多核环境中的优缺点,分别从一致性协议与片上互连结构协同设计、面向低功耗应用的协议优化策略、Cache一致性协议验证及容错机制等角度考虑,对未来多核处理器Cache一致性协议设计的发展趋势和技术挑战进行详细分析与讨论。     

面向多核处理器的共享cache优化研究进展

由于技术的发展,片上多核处理器上的核数量和片上缓存的大小一直在增长,且缓存占据了芯片的大部分面积,使得片上缓存所消耗的能量成为存储器子系统中功率损耗的主要贡献者,因此对片上缓存进行优化是提高存储器系统效率的主要途径,增强了片上多核处理器的运算性能.针对共享缓存的管理、一致性等方面介绍了共享缓存的主流优化技术,并探讨了未来的研究方向.     

片上多核处理器Cache一致性协议优化研究综述

现代晶体管技术在单芯片上集成多个处理器已经成为现实.近年来,随着多核处理器集成核数的不断增加,高速缓存的一致性问题凸显出来,已成为多核处理器的性能瓶颈之一,亟待解决.本文介绍了片上多核处理器一致性问题的由来.总结了多核时代高速缓存一致性协议设计的关键问题,综述了近年来学术界对一致性的研究.从程序访存行为模式、目录组织结构、一致性粒度、一致性协议流量、目录协议的可扩展性等方面,阐述了近年来缓存一致性协议性能优化的方向.对目前片上多核处理器缓存一致性协议设计中存在的问题进行了讨论,并指出了未来进一步研究的方向.     

多核处理器——技术、趋势和挑战

多核处理器已经成为当前微处理器技术发展的重要方向.介绍了多核处理器的起源和发展现状,分析了多核处理器技术的发展趋势.重点讨论了多核处理器技术涉及的片上网络、存储结构设计、编程接口以及资源管理等关键技术;在此基础上,进一步探讨了多核处理器的发展所面临的主要挑战.     

多核处理器的关键技术及其发展趋势

多核处理器以其高性能、低功耗优势正逐步取代传统的单处理器成为市场的主流.介绍了Hydra、Cell、RAW这3种典型的多核处理器结构,重点讨论了核心结构选择、存储结构设计、片上通信、低功耗、操作系统设计、软件应用开发等7个影响当前多核处理器发展的关键技术,最后得出多核处理器的未来将呈现众核、低功耗和异构结构3种发展趋势.     

片上网络互连拓扑综述

随着器件、工艺和应用技术的不断发展,片上多处理器已经成为主流技术,而且片上多处理器的规模越来越大、片内集成的处理器核数目越来越多,用于片内处理器核及其它部件之间互连的片上网络逐渐成为影响片上多处理器性能的瓶颈之一。片上网络的拓扑结构定义网络内部结点的物理布局和互连方法,决定和影响片上网络的成本、延迟、吞吐率、面积、容错能力和功耗等,同时影响网络路由策略和网络芯片的布局布线方法,是片上网络研究中的关键之一。对比了不同片上网络的拓扑结构,分析了各种结构的性能,并对未来片上网络拓扑研究提出建议。     

一种面向多核处理器的通用可调试性架构

硅后调试对于当代集成电路设计变得日益重要,用于辅助硅后调试的可调式性设计(DFD)应运而生.由于多核处理器往往包含多种不同类型的部件,每个部件都有各自的调试功能需求,极大地提高了可调式性设计的复杂度.针对上述问题,提出一种面向片上多核处理器的通用可调试性架构.该架构使用简单的监测器来监测和控制处理器中用于互连的片上网络,通过专门的调试总线将各个监测器与调试总控模块连接在一起,并使用EJTAG通用调试接口与外部调试主机传递信息.与传统的可调试性架构相比,该架构无需片上RAM,硬件代价低,具有模块化的特性.此外,文中提出的架构采用了工业界通用的EJTAG调试接口,因此通用性较高,已经被应用于龙芯-3B多核处理器中.实验结果显示,该架构可以在高频高数据带宽的环境下工作.     

多核微处理器核间高速互连技术

随着VLSI技术和半导体制造工艺的不断发展,多核处理器已经取代了单核处理器.当技术和工艺的发展使片上多处理器中核的数目增加时,各个处理器核之间的互连及其通信就成为制约处理器性能提高的瓶颈.为了能够充分发挥多核处理器的高性能,文中根据当今主流多核处理器的互连方法,通过分析各种互连方法的优势与不足,提出了针对不同的核的数目和结构采用不同的互连方法,指出将新材料、新技术、新器件与已有的成熟的多核互连方式相结合是提高多核互连效率的有效方法,并阐述了未来多核互连的研究方向和发展趋势.     

片上多处理器互连技术综述

随着器件、工艺和应用技术的不断发展,片上处理器中处理器核的数目必将进一步增加,处理器芯片内部的互连及其通信成为影响处理器性能的重要因素.介绍了目前在片上多处理器中的几种典型互连方法,并简要分析了各种方法的优缺点.     

面向异构多核处理器的FPGA验证

随着处理器架构的发展,高性能异构多核处理器不断涌现.由于高性能异构多核处理器的设计十分复杂,为了降低设计风险,缩短验证周期,提前进行软件开发,复现硅后问题等,通常需要搭建现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的原型验证平台,并基于FPGA平台开展种类繁多,功能各异的软硬协同验证和调试工作,提出的基于同构FPGA平台对异构多核高性能处理器的FPGA调试、验证方法,有效地利用了异构多核处理器的架构特征,同构FPGA的对称特点,以层次化的方法自顶向下划分FPGA,自底向上构建FPGA平台.结合差速桥、自适应延迟调节、内嵌的虚拟逻辑分析仪(virtual logic analyzer,VLA)等技术可快速完成FPGA平台的点亮(bring-up)和部署.所提出的多核互补,核间替换模拟的调试SHELL等方法可以快速完整地对目标高性能异构多核处理器进行FPGA验证.通过该FPGA原型验证平台,成功地完成了硅前验证,软硬件协同开发和测试,硅后问题复现工作,并为下一代处理器架构设计提供了快速的硬件平台.     

Hyperbolic regression analysis for kinetics, electrophoresis, ELISA, RIA, Bradford, Lowry, and other applications

Hyperbolic regression analysis is an effective method for fitting experimental data points obtained from a variety of experiments in molecular biology, including enzyme kinetics, agarose gel electrophoresis of DNA fragments, SDS-polyacrylamide gel electrophoresis of proteins, enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA), radioimmunoassays (RIA), Bradford protein quantitation assays, Lowry protein assays, and other applications. Hyperbolic regression yields excellent fitted curves without the biases that are introduced by carrying out linear regression on double reciprocal coordinates, and it produces one simple equation, encompassing all the data points, that can be used easily in a pocket calculator to estimate the values of unknown samples from the known standards.     

Pointcuts, advice, refinements, and collaborations: similarities, differences, and synergies

Aspect-oriented programming (AOP) is a novel programming paradigm that aims at modularizing complex software. It embraces several mechanisms including (1) pointcuts and advice as well as (2) refinements and collaborations. Though all these mechanisms deal with crosscutting concerns, i.e., a special class of design and implementation problems that challenge traditional programming paradigms, they do so in different ways. In this article we explore their relationship and their impact on modularity, which is an important prerequisite for reliable and maintainable software. Our exploration helps researchers and practitioners to understand their differences and exposes which mechanism is best used for which problem.     

基于模糊PID参数自整定的细胞培养箱温度控制算法

针对细胞培养箱温度控制具有非线性、时滞性、易受干扰且难以建立精确的数学模型的特点,传统的PID控制方法对于快速维持系统箱内温度稳定存在一定的局限性。提出了以温度误差和误差变化率为控制输入,培养箱内温度为控制量的模糊PID参数自整定的温度控制算法,实现了对PID参数的实时在线修正。实验表明,该模糊PID参数自整定温度控制算法,温度从26℃上升到目标温度37℃,建立稳态的时间为2890s,温度超调极小。系统温度控制精度为±0.05℃,并在相同型号的细胞培养箱上同样得到验证。在控制稳定性方面获得了比传统PID控制更好的控温效果,稳定快,极小超调,温度控制精度高,能满足细胞培养箱温度控制的要求。