【摘 要】
：
存储墙（memory wall）问题是限制现代计算机处理器性能提升的一个关键问题。其中,末级缓存（Last Level Cache）是片上系统中容量最大,也是最为关键的缓存,是提升CPU性能的关键因素。随着摩尔定律逐渐失效,我们已经走进了后摩尔时代。碳纳米管场效应晶体管（CNFET）是后摩尔时代作为CMOS技术替代品的有力竞争者之一。其具有更高的速度和更高的能效,这使得该项技术特别适应于构建高耗能
论文部分内容阅读
存储墙（memory wall）问题是限制现代计算机处理器性能提升的一个关键问题。其中,末级缓存（Last Level Cache）是片上系统中容量最大,也是最为关键的缓存,是提升CPU性能的关键因素。随着摩尔定律逐渐失效,我们已经走进了后摩尔时代。碳纳米管场效应晶体管（CNFET）是后摩尔时代作为CMOS技术替代品的有力竞争者之一。其具有更高的速度和更高的能效,这使得该项技术特别适应于构建高耗能的末级缓存（LLC）。然而,由不完善的制造工艺引起的CNFET中的工艺偏差（Process Variations）会导致较大的时序偏差,并且在最坏情况下的时序极大地限制了高速缓存的运行速度。在本文中,我们观察到基于CNFET的缓存延迟分布与高速缓存布局密切相关。对于碳纳米管生长方向分别与平行于字线（word line）和位线（bit line）的两种典型缓存布局,我们提出了变化感知集一致（Variation-Aware Set Aligned,VASA）缓存和变化感知路一致（variation-aware way aligned,VAWA）缓存以有效利用具有速度优势的缓存行（cache line）。并结合相应的缓存数据混洗（data shuffling）和页面映射（page mapping）等优化,为经常使用的数据启用低延迟缓存。根据我们的实验,与两种不同CNFET布局上的基线设计相比,优化后的LLC分别将平均访问延迟降低了32%和45%,同时将整体性能提高了6%和9%,并降低了能耗分别为4%和8%。此外,我们将优化设计拓展到了基于CNFET的非一致性缓存（NUCA）结构。扩展了VAWA和VASA缓存设计,在同一的模型中考虑了架构引起的延迟变化和工艺偏差导致的延迟变化。与仅使用变化感知的非一致性缓存相比,取得了显著的性能提升。
其他文献
随着CMOS工艺的持续小型化,集成电路的性能得到了很大的改善,功耗和面积也大大减小。与此同时,受到软错误的影响,电路的可靠性问题也更加严重。随着工艺技术持续发展,多点翻转已经成为影响集成电路可靠性的重要因素。因此,针对电荷共享引起的单粒子多点翻转,本文深入研究翻转机理,提出了一种具有低开销特点的三点翻转自恢复锁存器加固设计,本文主要工作内容如下:本文首先从集成电路的发展现状入手,对本文课题的研究背
由于锂硫电池具有高理论能量密度,高理论比容量和成本低廉而被认为是下一代可充电电池中最有潜力的候选者之一。近年来,过渡金属硫属化合物作为锂硫电池的催化剂取得了巨大地进步,并且极大地提升了锂硫电池的电化学性能,促进了锂硫电池的实际应用。但是,以往的研究主要是针对钼基硫属化合物、钒基硫化物、钨基硫化物等层状结构的调控,对将钴基非层状硫属化合物调控成层状结构并将其应用于锂硫电池的报道几乎没有。在此,我们制
光电探测器将光信号转化为电信号,在光互连、光通信、环境监测等科研和工业领域得到了越来越多的关注。钙钛矿因其带隙可调、光吸收系数大、制备方法简单和低成本成为光电探测器领域的优秀候选材料。而作为较传统的三维钙钛矿更加稳定的层状二维有机无机杂化钙钛矿成为近年来的焦点,但因空气与钙钛矿之间的折射率差异造成的光学损失,使得光利用率不高。利用微纳米光学结构进行光管理,为提高光电子器件的光吸收和提高入射光利用率
忆阻器具有独特的非易失、阻值可变等特性,这使得其在神经网络的研究中受到了越来越广泛的关注。在神经网络的应用中,传统的二端忆阻器通过同样的两个端口来进行读取或改变阻态等操作,导致其阻态容易随着读取次数的累积而发生改变,增加了电路出错的风险。相比于传统的二端忆阻器,多端口忆阻器有额外的端口用来控制阻态,因此在实现量化神经网络时具有更明显的优势。然而,无论是传统的二端忆阻器,还是多端口忆阻器的生产工艺都
随着移动通信技术的发展和芯片集成度的不断增加,电子元器件的小型化设计成了目前研究的热门话题。然而,平面半导体加工技术包括微机电系统（MEMS）目前只能实现2维或者2.5维的结构,这对许多集成电子元器件的小型化和多功能化设计产生了限制,特别是无源器件比如电阻器、电感器以及电容器等。本文采用基于氮化硅双层应力薄膜的自卷曲工艺平台,通过有限元力学仿真和电磁仿真设计了一种三维管状的片上交指电容器。通过单片
随着例如PCIe、USB、SATA等有线传输系统的高速发展,数据传输速率越来越高。高速时钟会导致较高的电磁干扰（EMI）现象,这会严重降低数据传输过程的可靠性。为满足有线传输系统中的电磁兼容规范的要求,可采用屏蔽、滤波、隔离等手段来抑制EMI,然而上述方法成本较高且难以集成在芯片中。展频时钟发生器（SSCG,Spread-Spectrum Clock Generator）是一种高效的降低EMI的方
紫外光电探测器（UVPDs）在民用和军事领域都有着非常广泛的应用。各项研究表明基于宽带隙半导体的传统UVPDs具有优异的器件性能,但相对较高的制备成本限制了这类器件的大规模生产。而目前商用的硅基UVPDs需要添加滤光片,这在减少器件有效探测面积的同时增大了探测系统的复杂程度。在本文中,我们提出了一种与泄漏模式共振有关的无需额外滤光片的新型硅纳米线UVPD。主要研究内容如下:1.以聚苯乙烯微球为模板
为了应对能源资源的枯竭和保护地球的生态环境,人们开始研究高效清洁的聚变能。托卡马克作为极具潜力的聚变约束装置,引起了国内外研究学者的广泛关注。为了保障聚变装置的安全稳定运行,需要在装置周围布置多套诊断系统来监控其运行状态。其中伽马诊断系统作为关键诊断之一,通过分析伽马射线能谱从而研究聚变产物、快速离子和逃逸电子行为等物理特性。数字化谱仪作为该诊断的核心测量仪器,它的性能对诊断起着至关重要的影响。E
现代电子系统对于模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）的功耗、精度以及速度要求越来越高,相比电压域ADC,相位量化ADC对相位进行量化,而不受电压摆幅的限制和影响,因而成为当前的研究热点。本文进行低功耗相位量化ADC的架构研究与设计。首先,研究分析了现有相位量化ADC架构的不足,分析发现现有低功耗架构中,比较电平由输入相位θin和参考相位θref关联比较得到,
近些年来,随着集成电路产业的飞速发展,伴随而来的硬件安全问题也逐渐引起人们的重视。其中硬件木马是电路安全攻击者为了达到改变IC功能或性能、泄漏敏感信息等非法目的而在电路中植入的恶意硬件模块。而当今集成电路专业分工的设计与制造模式所导致的一个后果,就是在设计或制造过程中电路面临着木马植入的风险,因为任何能接触到设计或制造并熟知电路的人,都可能对电路进行恶意的修改。因此,硬件木马已成为集成电路安全的主