2026/1/16 13:15:22
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1. 引言 微处理器性能的显著提升对内存系统提出了更高要求。计算机架构师们正在探索线程级并行性,以利用CMOS技术的持续改进来提高性能。同时多线程(Simultaneous Multithreading,SMT)技术通过在宽发射处理器中重叠多个线程来提…探索适用于缩放技术的高带宽流水线缓存架构1. 引言微处理器性能的显著提升对内存系统提出了更高要求。计算机架构师们正在探索线程级并行性,以利用CMOS技术的持续改进来提高性能。同时多线程(Simultaneous Multithreading,SMT)技术通过在宽发射处理器中重叠多个线程来提高系统吞吐量,这对缓存层次结构,特别是一级缓存(L1)的带宽提出了巨大需求。然而,L1缓存的数据供应速率限制了SMT的性能。构建高带宽缓存的一种方法是减少缓存访问时间,这取决于缓存大小和组相联度。但减小缓存大小或降低组相联度会增加缓存缺失率,导致CPU等待从主存获取数据的时间增加。因此,需要设计一种大容量且高带宽的L1缓存。目前,随着技术的发展,时钟速度每一代都会翻倍,而大缓存的位线延迟与时钟周期时间相比,无法很好地按比例缩放。这使得缓存访问延迟超过一个时钟周期,降低了缓存带宽,影响处理器性能。为了提高带宽,流水线技术是一种可行的方法,但缓存流水线存在困难,因为位线数据的电压水平较低,难以锁存数据。我们将探索通过银行化(banking)技术使缓存流水线化成为可能。2. 缓存的银行化缓存访问时间可分为四个部分:- 解码延迟(Decoding Delay,DD)- 字线延迟(Word-line Delay,WD)- 位线到灵敏放大器延迟(Bit-line to Sense Amplifier Delay,BSD)- 多路复用器到数据输出延迟(Mux to Data Out Delay,MDD)基于银行化技术,可以定义两个参数:Ndwl和Ndbl。Ndwl表示数组被垂直切割的次数,会产生更