异构多核处理器片上数据管理的关键技术研究

通过分析大量应用程序行为，我们发现异构多核处理器的片上数据通信具有明显的"流式"特征。即对于同一访问序列的绝大部分请求，①地址连续，②共享同一数据源或目的地，③数据访问呈现出有规律的时间间隔性。并且，数据流之间具有粗粒度数据级流水线特性。然而，目前异构多核处理器多是简单地将异构单元集成到传统的同构多核处理器体系结构中，继续沿用传统的互连结构和通信机制。这种简单集成导致主流异构多核体系机构的设计和优化都是以缓存行（cache line）为单位，在传输流式数据时存在不必要的能耗和性能代价。本项目针对现有异构多核体系结构在存储、共享及传输流式数据等方面面临的一系列问题开展深入研究。重点研究高效能的流式数据存储技术；高效能的流式数据一致性协议；高效能异构单元访存接口设计等。本项目的研究将解决流式数据的高效能管理机制的关键问题,对于异构多核处理器的体系结构设计将会产生积极影响和重要指导作用。

异构多核处理器因为高效能的优势在数据中心和云计算领域有广泛的应用推广前景。本项目主要在数据中心和云计算典型负载分析、异构处理器未来架构设计上两方面进行了有效的探索。其中，负载分析是前提，它使我们的工作有的放矢，我们的工作发现解释了需要重新考虑异构多核处理器的为结构设计；其次，我们在研究过程中也发现，未来数据中心的重要趋势之一是降低成本，而不是一味的追求高主频、高性能。因此，如何有效地使用远程空闲资源，是解决数据中心成本问题的重要途径。基于此，我们将多核处理器的片上访存系统的研究推广至片间，我们的研究工作进一步探讨了在芯片之间如何设计高效的资源共享协议，如何充分使用远程的资源等关键问题，在项目执行期间，针对负载分析发表了2篇文章（IISWC 2012，IISWC 2014），针对芯片间的数据通信和资源共享发表了3篇文章（包括体系结构顶级会议HPCA 2013， JCST以及Computing Frontier 2012）.