同指令集异构多核系统共享资源管理策略研究

For combining asymmetric performance multi-core in the chip, the Asymmetric Single-ISA Multi-core Systems (ASMS) have a high potential in EER (Energy Efficiency Ratio), which has a bright future in both server and mobile devices. But the management strategy of shared resource, like last level cache, memory, bandwidth and so on, is a key factor restricting the high EER. Current shared resource management strategies are inefficient for ASMS, because they are based on the single characteristic of homogeneous in performance or asymmetric in function respectively to manage the shared resources. This project intends to break the single characteristic of traditional strategies, propose an efficient management strategy for the ASMS, maximizing the potential EER. The main research contents are: (1) in order to determine the need of each asymmetric performance core, research the unified cost model; (2) in order to determine the priority of each asymmetric performance core, research the cost-aware memory scheduling policy; (3) in order to reduce the interference among parallel processes, research the anti-interference partition policy of shared resources. The research results of this project may exert the high EER feature of ASMS, promoting the development of the ASMS.

同指令集异构多核（也叫性能异构多核）系统因核性能的异构性所具备的潜在高能效比，使其在服务器和移动设备上拥有光明的前景，但共享资源包括最外层cache、内存、带宽等的管理策略是限制其能效比的关键因素之一。当前共享资源管理策略往往基于性能同构性或者功能异构性的单一特征，难以适用于性能异构多核系统，从而无法发挥系统的高能效比。本项目拟突破现有策略的单一性特征，为性能异构的多核平台制定高效的共享资源管理策略，最大程度提升同指令集异构多核系统的能效比。主要研究内容包括：(1)针对现有共享资源管理策略无法确定性能异构多核系统中各核对共享资源的需求问题，研究构建一个统一的代价模型；(2)针对共享资源的使用优先级问题，研究代价感知的内存调度策略；(3)针对核间的干扰问题，研究抗干扰的共享资源划分策略。本项目研究成果可很好地挖掘同指令集异构多核系统的高能效比特征，从而对于同指令集异构多核系统优化有重要意义。

同指令集异构多核处理器是指核的功能及能够处理的任务相同(即指令集相同)，但是核的性能不尽相同，在一个处理器上同时包含高性能的核和低性能的核。由于不同的任务，甚至同一个任务的不同阶段所需的计算性能都是不同的，而同指令集异构多核处理器恰好能够满足这些不同的需求。所以相对于同构多核处理器，即核的功能和性能都相同，同指令集异构多核处理器具有潜在的高能效比，以及在性能、能耗、面积等方面的巨大潜力。然而如何挖掘同指令集异构多核系统潜在的优势，发挥其高能效比面临挑战。共享资源的管理策略是决定多核系统，尤其是同指令集异构多核系统的效率，从而影响其发展趋势。因此，基于同指令集异构多核系统，研究共享资源管理策略，减少并行执行核间进程相互干扰，从而优化系统功耗效率，并且保证各核的服务质量，体现系统的公平性，实现最大程度的挖掘同指令集异构多核系统潜在的高能效比，具有重要的研究价值。本项目突破了传统策略的单一性特征，为性能异构的多核平台制定全面的管理策略，最大程度提升同指令集异构多核系统的能效比。主要研究内容包括：(1)针对传统共享资源管理策略无法确定性能异构多核系统中各核对共享资源的需求问题，研究构建一个统一的代价模型；(2)针对共享资源的使用优先级问题，研究代价感知的内存调度策略；(3)针对核间的干扰问题，研究抗干扰的共享资源划分策略。最终，本项目实现了一个同指令集异构多核系统共享资源管理框架，并形成一个同指令集异构多核系统的共享资源管理原型系统。这些成果能够很好地挖掘同指令集异构多核系统的高能效比特征，从而对同指令集异构多核处理器研究领域的发展起到积极的推动作用。