Συμπίεση Στο Δίαυλο Μνήμης Σε Πολυπύρηνες Αρχιτεκτονικές

Abstract

Το τέλος της εκθετικής αύξησης της απόδοσης των μονοεπεξεργαστικών συστημάτων σηματοδότησε το τέλος της κυριαρχίας των απλών μικροεπεξεργαστών στην πληροφορική. Η μελλοντική εξέλιξη των υπολογιστικών επιδόσεων μπορεί και αναμένεται να προέλθει από τον παραλληλισμό κάθε είδους. Τα θετικό νέο είναι ότιτεχνολογική κλιμάκωση θα συνεχιστεί και η ενσωμάτωση εκατοντάδων πυρήνων σε ένα τσιπ αναμένεται στο εγγύς μέλλον. Τα αρνητικό είναι ότι η κλιμάκωση της επίδοσης στις πολυπύρηνες αρχιτεκτονικές δεν είναι εύκολη ούτε προφανής. Ενα από τα σημαντικότερα προβλήματα που προκαλούν μείωση της επίδοσης είναι το περιορισμένο εύρος ζώνης της κύριας μνήμης. Καθώς ο αριθμός των πυρήνων ανά τσιπ αυξάνεται,απαιτήσεις σε εύρος ζώνης μνήμης αυξάνουν σχεδόν γραμμικά. Δυστυχώς, η κλιμάκωση του εύρους ζώνης υπολείπεται σημαντικά της τεχνολογικής κλιμάκωσης και διαμοιραζόμενοι πόροι μνήμης και εύρους ζώνης αναδεικνύονται σε κρίσιμα σημεία συμφόρησης που περιορίζουν σημαντικά την επίδοση. Οι όροι Memory ή Bandwidth wall χρησιμοποιούνται συχνά για την αναφορά σε αυτό το ζήτημα. Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη και η αξιολόγηση της συμπίεσης στο δίαυλο μνήμης ως μιας τεχνικής για την αύξηση του αποτελεσματικού εύρους ζώνης και τη βελτίωση της επίδοσης σε σύγχρονους πολυπύρηνους επεξεργαστές. Η λογική πίσω από τη συμπίεση στο δίαυλο μνήμης είναι να καταφέρουμε να μειώσουμε την ποσότητα των δεδομένων που μεταφέρονται από/προς τη κύρια μνήμη με την αποστολή και τη λήψη των δεδομένων σε συμπιεσμένη μορφή. Στο σχήμα συμπίεσης που μελετήσαμε, πειραματιστήκαμε με διάφορους αλγόριθμους που έχουν προταθεί στο παρελθόν για συμπίεση στο υλικό και ανήκουν σε διαφορετικές "οικογένειες". Παρακινούμενοι από την κακή απόδοση που έχουν συνήθως τα σχήματα σε επιστημονικά δεδομένα, εφαρμόσαμε και τον αλγόριθμο FPC, ένα σύγχρονο λογισμικό συμπίεσης για δεδομένα κινητής υποδιαστολής διπλής ακρίβειας. Για τη μοντελοποίηση του συστήματος και την πειραματική αξιολόγηση χρησιμοποιήσαμε τον Sniper, ένα σύγχρονο προσομοιωτή πολυπύρηνων αρχιτεκτονικών. Πειραματιστήκαμε με τρεις εφαρμογές που η κλιμάκωση τους περιορίζεται από τη μνήμη και με σύνολα ακέραιων δεδομένων και δεδομένων κινητής υποδιαστολής. Τα πειραματικά μας αποτελέσματα δείχνουν ότι η συμπίεση στο δίαυλο μπορεί να μειώσει σημαντικά τις απαιτήσεις σε εύρος ζώνης και υπό ορισμένες προϋποθέσεις, να βελτιώσει την επίδοση των πολυπύρηνων επεξεργαστών.