多核处理器非一致Cache体系结构延迟优化技术研究综述

非一致Cache体系结构(non-uniform cache architecture,NUCA)为解决多核处理器(chip multi-processor)"存储墙"难题提供了新的设计思路.重点关注面向CMP的NUCA延迟优化技术,在介绍若干典型NUCA模型的基础上,分析大容量Cache环境下共享/私有机制中的延迟-容量权衡问题,讨论映射、迁移、复制和搜索等数据管理机制在多核环境下的优缺点.最后,针对基于片上网络(network-on-chip,NoC)互连结构的可扩展CMP体系结构,从NUCA模型优化、数据管理和一致性维护机制3个方面讨论和预测未来CMP NUCA延迟优化领域的发展趋势及面临的挑战性问题.     

面向动态异构多核处理器的公平调度算法

动态异构多核处理器的处理器核可动态调整的特征给操作系统调度算法带来了新的机遇和挑战.利用处理器核动态可调整的特征能更好地适应不同任务的运行需求,带来巨大的性能优化空间.然而也带来新的代价和更复杂的公平性的计算.为了解决面向动态异构多核处理器结构上的公平性调度问题,提出了一个基于集中式运行队列的调度模型,以降低调度算法在动态处理器核变化所带来的维护开销.并重新思考在动态异构处理器结构下公平性的定义,基于原有CFS调度算法提出新的HFS调度算法.HFS调度算法不仅能简单而有效地利用动态异构多核处理器的性能优势,而且能提供在动态异构多核处理器上的公平性调度.通过模拟SCMP,ACMP,DHCMP平台,证明了提出的HFS调度算法能够很好地发挥DHCMP结构的性能特征,比运行目前主流调度算法的SCMP和ACMP结构提升10.55%的用户级性能(ANTT),14.24%的系统吞吐率(WSU).     

一种变电压多核处理器上的有效节能方法

在考虑转换开销和核间通信开销的情况下,针对变电压多核处理器上存在时间约束的含依赖任务的应用,提出了一种用于实时多核嵌入式系统开销感知的综合节能方法.该方法用RDAG算法将任务独立化后,将动态电源管理.自适应衬底偏置和动态电压调节有效地结合起来.分别用几个随机任务图和代表实际应用的任务图做2,3处理器核上的模拟实验,结果表明提出的方法优于原方法.     

基于粒子群优化算法的多核处理器任务调度研究

针对多核处理器在调度多个任务时效率不高的问题,提出了一种基于粒子群优化算法的嵌入式多核多线程系统任务调度算法,用来找寻任务调度过程中的最优解,以求取任务的最短完成时间。在算法中通过针对多核多线程任务模型而选择粒子群算法的适应度函数,综合利用局部最优极值和全局最优极值的优势,优化了粒子群算法中存在的过早收敛问题,使算法具有较高的收敛效率。实验结果表明,与基于遗传算法的多核多线程任务调度算法相比,该算法能更快的找到最优解。     

嵌入式异构多核处理器核间的通信性能评估与优化

随着嵌入式技术的不断发展,越来越多的平台采用异构多核处理器(Heterogeneous Multi-Processor Unit,HMPU)进行高性能计算,但多核处理器的核间通信效率严格地制约着系统的高性能计算能力。针对HMPU的核间通信性能难以量化的问题,提出了基于通信粒度、通信缓存和消息传输机制的阶段评价模型,并通过实验验证了这3个影响因子对不同阶段的核间通信性能的影响。此外,由于嵌入式系统环境多变、资源有限,使得静态通信策略对系统性能优化具有局限性。针对该问题,提出了基于系统内存约束、时间约束和性能目标的动态通信策略优化模型(Dynamic Communication Strategy Optimization Model,DCSOM)。通过实验证明:在数据量较小、通信周期较长的异构多核处理器中,DCSOM更具优越性。     

基于机器学习的异构多核处理器系统在线映射方法

异构多核处理器（HMPs）平台已成为现代嵌入式系统的主流解决方案，其中在线映射或调度对充分发挥其高性能和低功耗的优势起着至关重要的作用。针对HMPs的应用任务动态映射问题，提出了一种基于机器学习预测模型的在线映射调度解决方案。一方面，构建了一个可以快速高效地预测和评估不同映射方案性能的机器学习模型，为在线调度提供支持；另一方面，将该机器学习模型整合到遗传算法中以高效地找到（接近）最优的资源分配方案。最后，通过一个M-JPEG解码器验证了所提方法的有效性。实验结果表明，该方法的平均执行时间相较于常见的轮询调度和抽样调度方法分别降低了28%和19%左右。     

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.     

多核处理器的结构设计研究

围绕如何进行多核处理器的结构设计，提高处理器性能这一问题，结合传统多处理机设计原理对多核处理器结构设计进行了研究，并对当前主要商业多核处理器进行了研究，揭示了其发展趋势，探索了未来多核处理器设计的发展方向。     

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.     

基于群体智能和遗传算法的WSNs能耗优化关键技术研究

节点能耗是决定无线传感器网络(WSNs)生存期的重要参数,设计良好的网络通信协议可以很大程度上减少和平衡能量消耗。网络协议设计簇头和簇间路由的计算过程是多项式时间无法解答的NP问题,该文讨论了5种自然元启发算法,既4种群体智能算法和遗传算法应用于WSNs能耗优化的关键技术,给出了不同网络能量结构模型的簇间单跳和多跳场景的设计建议,旨在为搭建大规模WSNs网络提供参考和借鉴。     

面向同构多核处理器的节能任务调度方法

对于运行在同构多核处理器上的周期性硬实时任务,设计了一个基于动态电压调节的节能调度方法。该方法首先将计算任务按照周期数降序排序并基于计算任务调度长度最短的原则安排任务映射。然后将各个处理核上具有最小通讯时间的计算任务设置为最后执行的计算任务而其它计算任务顺序保持不变。在初始映射中所有计算任务都被分配最高频率的情况下,每个处理核上的计算任务在执行时间扩展过程中确定最佳的计算任务顺序。基于 Intel PXA270的功耗模型,以几个随机任务集作实验。结果表明提出的方法能够有效地降低多核处理器的能量。     

多核平台上的线程级猜测执行综述

多核体系结构的发展,使人们可以以猜测的方式挖掘应用中的粗粒度并行,线程级猜测执行(TLS)就是其中的典型代表。它的最大优点是编程模型非常简洁——程序员只需标识出那些可以猜测执行的代码段即可,运行时系统或硬件负责确保猜测线程之间的数据相关不被破坏。全面分析了现有的TLS技术,总结了当前TLS面临的挑战和未来的主要发展趋势。主要贡献包括:1)按照猜测变量的生命周期提出了一种新的TLS技术分类方法,并比较了各种已有方法的优缺点;2)根据猜测变量的生命周期,归纳了支持TLS的多核平台的设计空间,提出了探索该设计空间的若干方法;3)指出了TLS技术当前面临的挑战和未来的发展趋势。     

多核处理器体系结构软件仿真技术：研究综述

由于单核处理器的处理能力已经接近极限，很难再有提高，人们将目光投向了多核处理器体系结构。在处理器体系结构的设计中，体系结构软件仿真技术是最重要的一个方面。本文首先介绍处理器体系结构仿真技术的概念、分类、目的和意义，然后讨论多核处理器体系结构仿真技术的现状和面临的问题；分析了多核处理器软件仿真技术的复杂性；比较和分析了当前主流技术的优缺点。由于多核处理器体系结构的研究处于初期阶段，因此多核处理器体系结构仿真领域面临着诸多挑战和机遇。本文最后指出了多核处理器体系结构软件仿真技术今后的研究方向。     

DTN体系结构及关键技术研究综述

中断/延迟容忍网络(Disruption/ Delay Tolerant Network,DTN)是从Ad-hoc网络中抽象出来的一种全新的网络模型。与传统的无线移动自组织网络不同,该网络模型的应用场景具有高延迟、易中断等特点。高延迟、易中断的网络环境被称为受限网络。DTN作为一个针对受限网络的新兴研究领域,使用特殊的“存储-携带-转发”模式进行数据传递,以对抗受限网络中的高延迟和易中断带来的影响。它的发展将对未来军事战争、航天通信、抢险救灾等诸多场景提供更为可靠的通信保证。文中分析了DTN体系架构及其特性,研究了DTN路由协议并指出其适用的场景,最后总结了DTN研究中遇到的难点问题,并指出未来研究需要关注的方向。     

一种能有效降低Memory BIST功耗的方法

随着系统芯片(SoC)上存储器比重的日趋增加和Memory BIST(memory built-inself-test)的广泛应用,对较低测试功耗的嵌入式Memory BIST的设计要求越来越高,因为测试功耗一般为系统正常工作时的两倍多,而过高的功耗会烧毁电路和降低芯片成品率.通过采用按时钟域划分存储器组和串并结合的方法来降低Memory BIST的测试功耗.实验仿真结果表明,用该方法所得的最大功耗只有传统方法的1/14,可见该方法能有效降低测试时的能量损耗.     

面向多核处理器的共享Cache冲突预测模型

多核处理器的出现给实时系统的设计带来了新挑战,如并发任务通过共享Cache相互干扰的现象严重降低了实时系统的实时性,已有的Cache冲突评价模型没有针对多核处理器体系结构,多角度评价共享Cache对多个并发任务的影响.本文基于广泛应用的LRU Cache替换策略,根据任务的Cache静态复用距离,提出一种可以预测并发任务的Cache占用率、失效率和任务间冲突概率的Cache冲突预测模型.分析了在多核背景下共享Cache结构对实时性的影响.实验结果表明本模型不但功能比现有模型全面且精度更高.     

源码级和算法级的功耗测试与优化

随着绿色软件概念的提出,嵌入式软件优化不再只以提高性能作为目标,嵌入式软件的功耗优化已成为低功耗软件系统的重要研究方向。在研究4种常用软件优化方法的基础上,对源码级和算法级的功耗进行测试与分析,并将分析结果运用到嵌入式操作系统μC／OS—II及其应用软件上,对μC／OS—II进行源码级和算法级的功耗优化。实验结果表明,该优化方法能有效地降低嵌入式软件的功耗。     

非对称多核处理器上的操作系统集成调度

相对于对称多核处理器,非对称多核处理器具有更高的效能,将成为未来并行操作系统中的主流体系结构.对于非对称多核处理器上操作系统的并行任务调度问题,现有的研究假设所有核心频率恒定,缺乏理论分析,也没有考虑算法的效能和通用性.针对该问题,该文首先建立非线性规划模型,分析得出全面考虑并行任务同步特性、核心非对称性以及核心负载的调度原则.然后,基于调度原则提出一个集成调度算法,该算法通过集成线程调度和动态电压频率调整来提高效能,并通过参数调整机制实现了算法的通用性.提出的算法是第一个在非对称多核处理器上结合线程调度和动态电压频率调整的调度算法.实际平台上的实验表明:该算法可适用于多种环境,且效能比其他同类算法高24%～50%.