多核/众核体系结构下的访存优化机制研究

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多核/众核处理器具有更高效的访存通道,以满足大量运算核心对数据访问带宽的需求。并行程序的数据访问模式直接决定了数据一致性的维护开销,而数据一致性开销对于访存带宽利用率具有决定性作用。对于并行程序,数据的一致性维护开销由线程数量、数据共享程度、私有数据以及共享数据的读写比例等诸多因素共同决定,准确的分析一致性开销对程序设计人员提出了非常高的要求。因此,设计高效的并行程序亟需一种高准确度的模型来辅助程序设计人员分析不同设计下的数据访问一致性开销。面向多核/众核处理器的数据访问性能量化评估方法是一种基于处理器的缓存一致性协议的方法,其能够动态模拟处理器运行过程中的访存行为和缓存状态,并获取访存延迟。该方法能够精确评估多线程间内存共享数据访问带来的性能损失程度,为多核/众核处理器上的多线程数据划分和共享提供设计指导。数据访问量化评估方法的验证过程以布隆滤波器这种高度并行、高数据共享的典型多线程应用为例,该方法对布隆滤波器进行数据访问性能分析及优化,能够提升布隆滤波器在多核/众核体系结构上的数据访问效率。测试结果表明,面向多核/众核处理器的数据访问性能量化评估方法对访存性能的评估与真实情况的误差不超过7%。依据该方法设计的面向多核/众核体系结构的并行布隆滤波器访存性能相对于传统设计提升了3倍。在使用177个线程的情况下,并行布隆滤波器能够提供80.7倍的加速比,具有更好的可扩展性。
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