面向非易失存储器PCM的节能技术研究

【摘要】：随着计算机技术的发展,内存已经成为计算机能耗降低和性能提升的主要瓶颈。下一代内存必然有容量密度高,能耗低,性能好的特点。PCM有良好的伸缩性,一个单元可以存储多个比特信息,以及很好的非易失性。同时,PCM作为主存时的能耗要比DRAM低。但是PCM也有访问延迟相对DRAM较大,以及可写次数有限的缺点。不过,以PCM(Phase Change Memory)为代表的非易失性存储器(Non-Volatile Memory)是非常有希望成为传统DRAM技术的替代者。针对于PCM和传统DRAM这两种技术的优缺点互补,混合内存可以结合两种技术的优点,同时又克服两者的缺点。本文采用传统DRAM搭配PCM组成混合内存架构,并在此基础上利用软硬件结合的方法研究如何降低系统能耗。本文的主要贡献如下： 1.在传统DRAM内存参数模型基础上,提出统一的混合内存参数模型,并建立起混合内存的能耗评估公式。 2.在混合内存架构的基础上,对内存控制器进行改造,添加的一张SRAM实现的内存访问记录表。通过对读取访问表记录,获取内存物理页面访问情况,并基于此提出页面分类方法。 3.基于页面划分方法,提出了页面迁移调度策略,并进一步提出页面聚集技术,以此来实现混合系统的节能。 实验表明使用页面迁移调度策略和页面聚集技术的混合内存架构能使系统能耗相对于DRAM平均下降28%,并且只造成了6%的性能损失。 【关键词】：非易失性 页面迁移 混合架构 节能
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文工作12-13
• 1.4 论文组织13-14
• 第2章 存储相关技术背景14-24
• 2.1 DRAM介绍14-19
• 2.1.1 Double-Data-Rate DRAM组成17-18
• 2.1.2 Double-Data-Rate DRAM能耗模型18
• 2.1.3 DRAM的读写访问18-19
• 2.2 PCM介绍19-23
• 2.2.1 PCM原理19-21
• 2.2.2 PCM的特性21
• 2.2.3 PRAM架构21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 混合架构能耗评估模型24-32
• 3.1 混合内存组织24-25
• 3.2 混合内存中的参数25
• 3.3 混合内存的能耗评估模型25-31
• 3.3.1 消耗在DRAM上的能量25-29
• 3.3.2 消耗在PRAM上的能量29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 访存研究32-39
• 4.1 PRAM和DRAM适用性分析32-34
• 4.2 访存行为分析34-38
• 4.2.1 理想访存模型34-35
• 4.2.2 访存trace35-38
• 4.3 本章小结38-39
• 第5章 页面迁移39-47
• 5.1 混合内存架构39-41
• 5.1.1 内存控制器39-41
• 5.2 内存管理41-46
• 5.2.1 页面迁移调度策略41-45
• 5.2.2 页面聚集45-46
• 5.3 本章小结46-47
• 第6章 实验和数据分析47-51
• 6.1 实验设置47-48
• 6.2 实验结果48-50
• 6.3 本章小结50-51
• 第7章 总结与展望51-52
• 7.1 总结51
• 7.2 展望51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果56

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