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多线程环境下Wattch工具的移植与功耗仿真研究

作　者: 冯懿
导　师: 崔刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 线程级并行性多线程 Wattch 单芯片多处理器功耗仿真
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

在各种多媒体服务以及网络服务蓬勃发展的今天,仅仅开发传统的指令级并行性已经远远不能满足这些服务对微处理器的性能要求。线程级并行性的开发大大提高了处理器的性能和处理能力。越来越多的注意力被投入到多线程处理器上的研究上。研究多线程处理器的功耗仿真工具可以对多线程处理器的低功耗设计起到指导作用。本文首先讲述了线程级并行性的产生背景,并简单介绍了几种实现线程级并行性的体系结构。为了实现多线程功耗模拟,我选择以流行的单线程功耗分析工具Wattch为基础平台,引入一个线程流水模型将Wattch向多线程进行移植,解决多线程调度问题。在Wattch自带的Pisa指令集基础上扩充支持线程流水的指令,解决串行程序并行化编译的问题。使用这种方法构建多线程模拟器的好处是不需要改变Wattch原有的结构,也不需要改变Wattch的全局变量,还可以充分利用Wattch原有的功耗模型。期望移植后的Wattch可以对单芯片多处理器进行模拟。模拟器分为四个模块:线程控制模块,存储控制模块,通信控制模块和指令系统模块,分别实现。文章最后在移植后的多线程Wattch模拟器上作了三个实验,验证了主存时延和cache时延对系统性能的影响,讨论了处理器核心数目对系统性能的影响。最后通过分析性能和功耗数据得出结论,在系统运算能力相差不多的条件下,处理器核心数目为4时,性能较为优良。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景  8-10
    1.1.1 低功耗设计问题概述  8
    1.1.2 功耗优化方法简述  8-10
  1.2 多线程功耗分析概述  10-13
    1.2.1 ILP的危机及TLP的产生  10-11
    1.2.2 常见线程级并行技术  11-13
    1.2.3 多线程功耗分析工具的提出  13
  1.3 国内外研究现状  13-14
  1.4 小结及论文结构  14-15
第2章模拟器总体方案选择  15-25
  2.1 Wattch简介  16-20
    2.1.1 Wattch采用的功耗模型  16-18
    2.1.2 SimpleScalar简介  18-20
  2.2 线程流水模型  20-22
  2.3 Wattch的多线程化方案  22-23
  2.4 一致性问题  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章多线程Wattch的设计与实现  25-43
  3.1 概要设计  25-29
    3.1.1 单芯片多处理器结构框架  25-26
    3.1.2 多线程Wattch模拟器总体结构  26-27
    3.1.3 全局变量以及数据结构设计  27-29
  3.2 编译器与指令系统  29-35
    3.2.1 测试程序的编译  29-31
    3.2.2 并行标志  31-32
    3.2.3 指令系统扩展  32-34
    3.2.4 指令扩展的应用举例  34-35
  3.3 多线程Wattch的详细设计  35-38
    3.3.1 线程控制模块的设计  35-37
    3.3.2 通信控制模块的设计  37
    3.3.3 存取控制模块的设计  37-38
  3.4 多线程Wattch的工作流程  38-42
    3.4.1 模拟器工作流程  38-40
    3.4.2 多处理器核心的模拟过程  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章多线程Wattch的功耗仿真  43-51
  4.1 测试程序的选择  43
  4.2 实验方案  43-44
  4.3 仿真结果与分析  44-50
    4.3.1 实验一：指令发射宽度与处理器核心数目的权衡  44-46
    4.3.2 实验二：时延对系统性能的影响  46-47
    4.3.3 实验三：处理器核心数目与功耗的关系  47-49
    4.3.4 实验总结  49-50
  4.4 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-55
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  55
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  55
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  55-56
致谢  56

多线程环境下Wattch工具的移植与功耗仿真研究

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