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《中国科学技术大学》 2007年
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微处理器性能分析模型的建立和研究

马可  
【摘要】: 随着集成电路工艺的不断发展和应用的日益多样化,微处理器结构设计工作的复杂度也越来越高。如何利用有限的设计时间和资源来高效地分析处理器性能是每个设计者都要面临的问题。现有的基于结构级模拟器进行性能分析的方法所需时间过长且无法直接反映影响处理器性能的瓶颈。为获得高性能或资源有效的设计方案,处理器设计者需要在大量不同的处理器配置下运行多种工作负载,并在评估的过程中权衡各方面的设计因素。这一过程周期长且成本和复杂度都很高。 针对超标量微处理器的结构特点,本文首先提出了适用于微基准程序的处理器简单分析模型。这一模型基于理想上限公式,与微基准程序Godson-Microbench相结合,能够更加有效地分析微处理器的流水线效率,发现性能瓶颈。 为了评估大数据集的基准程序,本文进一步提出了微处理器的性能分析模型MAMO(Microprocessor Analytical MOdel)。这一模型主要包括指令窗口模型,功能部件受限模型,分支误预测事件模型,指令和数据Cache失效模型。MAMO使用以上模型计算出微处理器各个部件对程序CPI(Cycles Per Instruction)的贡献,并进而估算出处理器实际能够达到的性能。 在MAMO中,指令窗口模型用于对处理器的乱序发射部分建模,这一模型可以根据动态相关指令距离的统计信息快速计算处理器的理想性能;功能部件受限模型根据平均指令延迟使用泊松分布为指令执行部分建模,可用于计算功能部件延迟和数目对处理器IPC(Instructions Per Cycle)的影响;延迟更新的分支预测器模型可以更加准确的计算分支误预测率;Cache模型可用于统计指令和数据Cache的失效率;使用指令窗口模型计算出的IW特性曲线可用于分析各种失效事件的开销。本文使用基准模拟器对比校验了MAMO模型,对于SPEC CPU 2000定点程序CPI估算的平均误差约为8.53%。 本文使用MAMO分析了龙芯2号处理器的性能瓶颈,并与Sim-Godson模拟器做了进一步的校验。这一模型还可用于探索微处理器的设计空间,分析指令级并行性的变化趋势,各种队列的有效长度以及功能部件的合理设置。 最后,本文使用基于理想上限的处理器模型分析比较了龙芯2号和Alpha21264处理器,并依此提出了功能部件动态反馈式分配策略等结构改进措施,使得微基准程序在龙芯2号上的平均性能提高了13.8%,SPEC程序集的IPC提高了28.8%。作为基于详细模拟的处理器性能分析方法的补充,微处理器性能分析模型能够更加有效地分析处理器性能瓶颈,探索设计空间,也将在龙芯处理器的结构优化工作中发挥重要作用。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP332

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 赵景琰;基于M5的方舟3全系统实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 穆雅莉;处理器性能分析模型研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 刘琪骁;可调频率的微处理器性能预测模型研究与实现[D];东北大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘勇;陈宇;陈钟;;对称密码算法的性能优化[J];北京大学学报(自然科学版);2008年05期
2 钱振江;常晋义;;龙芯Mipsel架构平台Linux发行版的开发[J];常熟理工学院学报;2008年10期
3 胡嘉伟;;Linux下基于PIN的永久和瞬时故障注入方案及实现[J];电脑知识与技术;2011年01期
4 马可;章隆兵;;一种基于微基准程序和理想上限的处理器性能分析方法[J];电子学报;2008年02期
5 蔡飞;沈海华;高翔;;龙芯2号原型系统北桥的设计与实现[J];高技术通讯;2010年01期
6 高翔;张福新;汤彦;章隆兵;胡伟武;唐志敏;;基于龙芯CPU的多核全系统模拟器SimOS-Goodson[J];软件学报;2007年04期
7 李祖松;许先超;胡伟武;唐志敏;;龙芯2号同时多线程处理器的软硬件接口设计[J];软件学报;2007年07期
8 侯秋菊;沈海华;;IP可重用的AMBA AXI总线验证平台设计与实现[J];计算机工程与设计;2008年07期
9 钱振江;常晋义;张福新;;龙芯Mipsel平台PMON开发[J];计算机工程与设计;2010年07期
10 江建慧;唐智杰;;测量嵌入式操作系统实时性能参数的新方法[J];同济大学学报(自然科学版);2008年09期
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1 刘洪涛;江建慧;赵则章;;软件健壮性的包裹测试[A];第三届中国测试学术会议论文集[C];2004年
2 靳昂;江建慧;;Java程序故障模式及故障注入方案[A];第五届中国测试学术会议论文集[C];2008年
3 胡嘉伟;江建慧;;一种面向软件可靠性评估的故障注入机制的设计与实现[A];第十四届全国容错计算学术会议(CFTC'2011)论文集[C];2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何锐;GPGPU多核流体系结构与功耗模拟研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 穆雅莉;处理器性能分析模型研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 刘雪艳;嵌入式软件组件技术研究[D];西北师范大学;2004年
4 汪泓澄;嵌入式系统的性能基准程序及任务时限违背率[D];同济大学;2006年
5 汤彦;片上内存控制器性能评估和优化[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
6 董峻峰;基于龙芯2号结构特征对GCC的分析与优化[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
7 陈瑜;龙芯2号链接后优化器的实现与分析[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
8 谷晓铭;全局循环合并的实现[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2006年
9 檀彦卓;芯片验证测试及失效分析技术研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
10 江国范;异质媒体双发射处理器的设计研究[D];浙江大学;2008年
【同被引文献】
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1 李忠泽,陈瑾,龙翔,李未;基于 Pentium Pro 的高性能 BLAS 的设计与实现[J];北京航空航天大学学报;1998年04期
2 韩峻峰;周兵;孙利军;谭力铭;;嵌入式系统模拟器研究[J];广西工学院学报;2009年04期
3 高翔;张福新;汤彦;章隆兵;胡伟武;唐志敏;;基于龙芯CPU的多核全系统模拟器SimOS-Goodson[J];软件学报;2007年04期
4 喻之斌;金海;邹南海;;计算机体系结构软件模拟技术[J];软件学报;2008年04期
5 李玉成,朱鹏;BLAS的加速方法与实现技术[J];数值计算与计算机应用;1998年03期
6 邓立波;龙翔;高小鹏;;ArmSim全系统模拟器的设计与实现[J];微计算机信息;2008年02期
7 时磊;逄珺;杨磊;张铁军;王东辉;;M5模拟器的内核分析及应用[J];微计算机应用;2009年04期
8 林明亮;祝永新;;基于SimpleScalar的异构多核仿真器[J];微电子学与计算机;2007年07期
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1 柯化成;嵌入式系统全系统模拟器框架设计与实现[D];浙江大学;2006年
2 周晨枫;基于半虚拟化内存高性能PowerPC体系模拟系统的设计与实现[D];浙江大学;2006年
3 姜旭锋;SmartSimular:基于虚拟指令集的嵌入式系统模拟器[D];浙江大学;2006年
4 梅小露;高性能通用处理器中浮点乘加部件的设计[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
5 毛立哲;ARM全系统模拟器中模拟串口和网卡的设计和实现[D];北京邮电大学;2007年
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7 谭彩凤;基于计算智能应用映射的GPU体系结构研究[D];国防科学技术大学;2009年
8 梁娟娟;基于GPU的BLAS库的设计和实现[D];中国科学技术大学;2010年
【二级引证文献】
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1 成玉;张承义;张民选;;微体系结构的软错误易感性评估及其阶段特性研究[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(B辑)[C];2011年
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6 张开生;郭国法;;料仓物位仪的研制与开发[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
7 杨宗正;;简易诊断技术用于设备中CPU及内存储器等电路的调试和维修[A];第十届全国设备监测与诊断技术学术会议论文集[C];2000年
8 凌宏江;魏必明;支合一;薛江;;智能仪器及其在型砂性能检测中的应用[A];2004中国铸造活动周论文集[C];2004年
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1 江南计算技术研究所 董立平 胡苏太;创新型多核处理器的发展[N];计算机世界;2006年
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6 宁雷;POWER6 IBM帝国的反击[N];中国电脑教育报;2007年
7 中国科学院计算技术研究所 宫曙光博士;MPF2007:微处理器技术展望[N];中国计算机报;2007年
8 阿戈;多核技术已成潮流[N];中国计算机报;2007年
9 ;全球速度最快的商用微处理器面市[N];人民邮电;2007年
10 王伟光;寂寞英雄全美达[N];中国电脑教育报;2008年
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1 马可;微处理器性能分析模型的建立和研究[D];中国科学技术大学;2007年
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