طراحي سيستم هاي پردازنده هاي چندهسته اي مبتني بر حافظه هاي غيرفرار

دكترا حرفه اي

كاهش ابعاد ترانزيستورها و رهسپارشدن به سمت حوزه طراحي¬هاي زيرميكرون VLSI، منجر به افزايش قابل¬توجه توان مصرفي نشتي در اين طراحي¬ها شده و اين پارامتر را به يكي از عمده¬ترين چالش¬هاي اين حوزه طراحي تبديل نموده است. افزايش بي¬رويه چگالي توان مصرفي، منجر به افزايش غيرقابل كنترل دماي عملياتي تراشه مي¬شود. در اين روند افزايش دماي تراشه اثرات قابل ¬توجهي را بر پارامترهاي كارآيي و عملكرد تراشه، ميزان قابليت اطمينان تراشه، و توان مصرفي تراشه مي¬گذارد. از طرف ديگر با رشد برنامه¬هاي كاربردي نسل آينده با نرخ داده¬هاي نمايي و افزايش نيازمندي آن¬ها به پردازنده¬هاي سريع و با كارآيي بالا، ساختار پردازنده¬ها از معماري¬هاي تك¬هسته¬اي به معماري¬هاي هزاران هسته¬اي مجتمع شده بر روي يك تراشه در حال تكامل است، كه اين موضوع خود باعث افزايش چگالي ترانزيستورها بر روي تراشه و افزايش چگالي توان مصرفي بيشتر و دماي عملياتي خواهد شد. ماژول¬هاي حافظه و بانك¬هاي حافظه نهان كه از بخش¬هاي اصلي معماري سيستم¬هاي روي تراشه محسوب مي¬شوند، سهم قابل مقايسه¬اي در توان مصرفي كل تراشه دارا مي¬باشند. در پردازنده¬هاي چندهسته¬اي كه از مهمترين سيستم¬هاي روي تراشه محسوب مي¬شوند، مجتمع¬سازي تعداد زيادي هسته بر روي يك تراشه منجر به افزايش سايز حافظه¬هاي نهان مورد نياز به منظور فراهم نمودن پهناي باند حافظه كافي و مقابله با پديده ديوار حافظه در اين سيستم¬ها مي¬گردد. توان مصرفي نشتي بخش عمده¬اي از كل توان مصرفي بلوك¬هاي حافظه با تكنولوژي قديمي را تشكيل مي¬دهد. ظهور فن¬آوري¬هاي نوين حافظه و پديده حافظه-هاي غيرفرار با خصوصياتي نظير چگالي بالاتر در واحد مساحت و توان مصرفي نشتي خيلي ناچيز (تقريباً نزديك به صفر) در مقايسه با تكنولوژي حافظه¬هاي قديمي با توان مصرفي خيلي زياد، مي¬توانند به عنوان كانديداي ايده¬آلي براي استفاده در معماري چندپردازنده¬اي¬هاي نسل آينده و مقابله با معضل سيليكون تاريك در اين سيستم¬ها مطرح شوند. در قسمت اول اين رساله سعي بر آن شد به ارايه يك روش زمان طراحي كه به تركيب حافظه¬هاي سنتي و غيرفرار به منظور كاهش انرژي مصرفي در بخش غيرهسته¬اي (سيستم حافظه نهان و شبكه¬هاي بر تراشه) در پردازنده¬هاي چندهسته¬اي با برنامه¬هاي خاص منظوره مي-پردازد، پرداخته شود. در بخش بعدي به منظور بهبود كارآيي و انرژي مصرفي روش زمان طراحي مطرح شده، به ارائه يك روش زمان اجرا با سربار سخت افزاري بهينه براي معماري يك بخش غير هسته¬اي كارآ و آگاه از انرژي مصرفي در پردازنده¬هاي چندهسته¬اي با برنامه¬هاي خاص منظوره پرداخته شد. در بخش پاياني اين رساله، سعي بر آن شد كه به منظور گسترش استفاده از معماري پيشنهادي براي برنامه هاي خاص منظوره و همه منظوره، يك روش زمان اجراي نهايي در طراحي بخش غير هسته¬اي آگاه از انرژي مصرفي و با كارآيي بالا در سيستم¬هاي چندهسته¬اي مطرح شود.

195238

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر محمدرضا جاهد مطلق

كامپيوتر

دكتر محمود فتحي