2014nccet：一种新的用于减少远程Cache访问延迟的最后一次写访问预测方法*

为减少远程Cache访问延迟,提高共享存储系统的性能,提出了一种新的基于程序内在写突发特性的最后一次写访问预测方法,并对一个具体的目录协议进行了改造,以支持该预测方法。通过预测Cache块的最后一次写访问并提前对其进行降级,处理器能直接从主存中读取数据,从而减少了远程Cache访问所需的一个网络跳步数。与当前基于指令的预测方法相比,该方法能极大减少存储开销。基准测试程序的评测结果表明,该方法能获得83.1%的预测准确率,并且能提高8.57%的程序执行性能,同时与基于指令的预测方法相比,该方法能分别减少历史踪迹表69%的存储开销和签名表36%的存储开销。     

异构千核处理器系统的统一内存地址空间访问方法

为了达到异构多核处理器能直接交叉访问对方的内存地址空间的目的,通过构建统一的三级Cache结构和数据块状态标记方法,并优化Cache块状态的修改算法,提出了异构千核处理器系统的统一内存地址空间访问方法,避免了当前独立式异构计算机系统结构下复制和传输数据块所带来的大量额外访存开销。通过采用部分Rodinia基准测试程序测试,获得了最高9.8倍的系统加速比,最多减少了90%的访存频率。因此,采用该方法能有效减少异构核心间交换数据块所带来的系统开销,提高异构千核处理器的系统性能加速比。     

基于访问模式的多核末级Cache优化方法*

多核处理器架构已经成为当前处理器的主流趋势,应用程序中访问模式的多样性给多核处理器的末级Cache带来了许多挑战。提出了一种基于访问模式的多核末级Cache优化方法,它包含“可配置的共享私有Cache划分”、“可配置的旁路Cache策略”和“优先权替换策略”三个协同递进的层次。通过使用该方法,程序员能够灵活地改变末级Cache执行行为,从而高效地适应应用程序访问模式的变化。实验结果表明,提出的方法能够显著降低末级Cache的缺失率,进而提高系统的整体性能。     

针对滑动窗口算法的椭圆曲线密码Cache计时攻击

基于访问驱动攻击模型，提出一种针对椭圆曲线滑动窗口算法的踪迹驱动Cache计时攻击方法，引入了方差思想判断每次窗口滑动是否查找了预计算表，提高了攻击成功率．仿真实验结果表踞：由于滑动窗口算法引入了预计算表，易遭受Cache计时攻击．精确采集NITT-192一次加密过程中窗口105次滑动的Cache时间信息即可获取完整密钥．本文的攻击方法对其他使用预计算表的公钥密码具有借鉴意义．     

面向访问模式的多核末级Cache优化方法

多核处理器架构已经成为当前处理器的主流趋势,应用程序中访问模式的多样性给多核处理器的末级Cache带来了许多挑战。提出了访问模式的多核末级Cache优化方法,它包含"可配置的共享私有Cache划分"、"可配置的旁路Cache策略"和"优先权替换策略"三个协同递进的层次。通过使用该方法,程序员能够灵活地改变末级Cache执行行为,从而高效地适应应用程序访问模式的变化。实验结果表明,提出的方法能够显著降低末级Cache的缺失率,进而提高系统的整体性能。     

YHFT-DX高性能DSP中Cache失效流水设计

YHFT-DX是国防科技大学自主研制的一款高性能DSP.以提升YHFI-DX的 Cache 性能为目标,研究了降低 Cache 失效延迟的优化策略,设计并实现了一种针对高频高性能DSP的一级数据Cache优化策略--失效流水.与传统优化策略相比,该策略将连续访问Cache的失效请求并进行流水化处理,使多个Cache失效延迟重叠,从而达到降低平均Cache失效代价的目的.将该策略应用到YHFT-DX芯片的一级数据Cache控制器的设计与优化中,使访问Cache失效引起的流水线停顿从8拍降为2拍,显著提升了系统性能.     

一个基于图着色的CACHE优化方法

提出了一个编译时的Cache管理优化方法。该方法根据访存行为将程序中的数据划分成若干数据对象,根据数据对象的大小将Cache划分为一个带有别名的伪寄存器文件,每个伪寄存器由若干Cache行组成,可以容纳一个数据对象;使用一个经过改进的图着色寄存器分配算法来决定这些对象在Cache中的位置以及发生冲突时的替换关系。数据对象的划分将Cache的管理分为两个层次,一个是编译时编译器对粗粒度的数据对象的管理,另一个是运行时硬件对细粒度的Cache行的管理,这样编译器和硬件的优势都得到发挥。基于GCC进行了方法实现,并通过simplescalar构造了支持Cache Coloring的硬件模拟平台。实验结果表明Cache Coloring能较好地开发程序的局部性,降低Cache失效率。     

代理型防火墙Cache策略的研究与实现

在代理型防火墙中设置Cache,可以有效地减少响应延迟和降低网络带宽。对Cache实现中的信息过滤规则、过期页面处理和替换算法几个关键技术进行了深入研究,并提出了一种基于防火墙日志系统开销极小的Cache管理策略。     

针对DSA滑动窗口算法实现的指令Cache计时攻击

在现有的针对RSA等公钥密码的指令Cache计时攻击的研究基础上,提出了一套可行的针对DSA的指令Cache计时攻击方法,并对计时信息采集、识别、密钥恢复等环节进行了研究,给出了一种随机密钥恢复算法。搭建了攻击实验平台,利用编写的间谍程序对滑动窗口算法实现的DSA签名进行了实际攻击,验证了指令Cache计时攻击方法是可行、有效的．     

探月飞船跳跃式再入组合制导方法

针对预测-校正制导方法计算量大的问题,提出一种结合预测-校正法和标准轨道法的组合制导方法。在一次再入段采用预测-校正法提高制导方法的鲁棒性能,在二次再入段采用标准轨道法减少计算量。该组合制导方法通过利用标准轨道信息,减少了预测时间;通过设计指令快速迭代算法,减少了迭代次数;并根据飞船二次再入点处的实际状态,修正标准指令剖面,提高二次再入制导性能。仿真结果表明:该组合制导方法能大幅减少预测时间,提高校正速度,并具有较高的鲁棒性和精度。     

位置信息与替换概率相结合的多核共享Cache管理机制

多核系统中末级Cache是影响整体性能的关键。为了提出一种细粒度、低延迟、低代价的末级共享Cache资源管理机制,将系统性能目标转换为每个内核当前占用Cache资源的替换概率,以决定每个内核能够提供的被替换资源的数量;对某个需要增加Cache资源的内核,从可提供被替换资源的候选内核中选出距离较近且替换概率较高的一个内核,并以Cache块为粒度进行替换,从而实现Cache资源在不同内核间的动态划分。与传统以相联度为粒度的粗粒度替换机制相比,以Cache块为单位的替换机制具有更细的替换粒度,灵活性更高。另外,通过将位置信息和替换概率结合,保证了Cache资源与相应内核在物理布局上的收敛,降低了访问延迟。同时,所提出的方法只需要增加极少的硬件代价。实验结果表明,根据实验场景和对比对象的不同,所提方法与其他已有研究成果相比,可以实现从6.8%到22.7%的性能提升。     

基于新型非易失内存的远程零拷贝文件系统

为提升物联网与边缘计算应用中前端节点间的数据访问效率,提出了一种新型远程零拷贝文件系统。该文件系统无须借助特殊硬件,可直接基于通用网卡设备实现零拷贝的数据传输框架;充分利用新型非易失内存的随机访问特性,尽可能减少数据缓存和拷贝,提高数据访问的吞吐量。建立缓冲区池,精简并融合传统网络栈和存储栈,从而缩短文件访问路径,减少软件冗余,降低数据访问延迟。最终提供高带宽、低延迟的远程数据访问性能。测试结果表明,远程零拷贝文件系统比传统网络文件系统减少了42.26%～99.19%的读写延迟,细粒度访问下的吞吐量最高可提升1297倍,显著降低了处理器开销和缓存失效次数。     

PMESI：一种优化进程私有数据访问的缓存一致性协议

并行应用程序中绝大部分的访存是对私有数据的访问,在cache一致性协议上不会产生冲突。传统一致性协议没有根据程序私有数据的访问模式进行针对性设计,存在着很大的优化空间。针对以上的问题,提出了一种支持私有状态的cache一致性协议PMESI,通过动态关闭和激活内存空间的cache一致性目录,优化私有内存空间的访问延迟和功耗。通过时钟精确模拟器的测试,PMESI协议优化了程序中54%的访存,并行程序的执行时间平均缩短了9%。     

存储体编译和布局协同的片上缓存设计方法

为了提高片上缓存的速度、降低面积和功耗,提出了一种存储体编译和布局协同的片上缓存设计方法。该方法基于存储体在芯片上的不同空间位置预估该存储体的时序余量,分别采用拆分/合并、尺寸调整、阈值替换和长宽比变形等多种配置参数穷举组合进行存储体编译,根据时序余量选择最优的静态随机存取存储器存储体编译配置。将该方法与现有的物理设计步骤集成为一个完整的设计流程。实验结果表明,该方法能够降低约9.9%的功耗,同时缩短7.5%的关键路径延时。     

一种高效的支持原位计算的三角矩阵乘法向量化方法

向量处理器的向量化算法映射是难点问题。提出一种高效的支持原位计算的三角矩阵乘法向量化方法,采用将L1D配置为SRAM模式,用双缓冲的乒乓方式平滑多级存储结构的数据传输,使得内核的计算与DMA数据搬移完全重迭,让内核始终以峰值速度运行,从而取得最佳的计算效率;将不规则的三角矩阵乘法计算均衡分布到各个向量处理单元,充分开发向量处理器的多级并行性;将结果矩阵保存在乘数矩阵中,实现原位计算,节省了存储空间。在Matrix上的实验结果表明,提出的向量化方法使三角矩阵乘法性能达到1053.7GFLOPS,效率为91.47%。     

一种面向异构多核DSP的数据流传输控制引擎设计与评测

根据多核DSP的应用特点,介绍了一种面向异构多核DSP的数据流传输控制引擎(DSTCE)的结构与设计,并实现了基于DSTCE的数据流前瞻传输技术.该技术以可编程的DSTCE模块为核心,实现了超节点内各个端口之间以及超节点之间的高效数据流传输,而且将传输过程与多核间的数据前瞻和编程模型有机结合起来.该技术避免了复杂的Cache一致性问题,显著提高了大规模多核DSP计算与访存的并行性.实验结果表明,采用DSTCE的多核DSP单个超节点的性能平均提高了22%,两个超节点情况下基于DSTCE结构的系统比基于CC-NUMA结构的系统性能平均提高了14%.     

基于秘密共享的卫星网络组密钥管理方案

针对卫星网络组密钥管理的重要性,提出了一个可认证的基于门限秘密共享的组密钥管理方案．结合卫星网络的动态拓扑结构特点,将地面站作为组成员的身份注册中心,以实现对组成员的身份认证,确保节点的合法性．为了提高组密钥的生成效率,选取≠一1颗可见时间长的卫星构建组密钥份额分发中心,降低了组密钥联合生成过程中的通信量．组密钥协商无需安全信道,节省了系统资源．安全性及性能分析表明,该方案不仅具有较强的安全性,而且还具有计算和通信量小的优点．参数分析表明,门限值k与组密钥更新周期T是影响方案安全性的2个重要因子．     

顺序PROLOG机存储组织研究

YH-SIM是一种正在研制中的顺序PROLOG机。本文介绍该机存储组织的设计考虑。根据PROLOG过程执行的具体特点,文中提出了一种多专用Cache的存储子系统结构,旨在支持深度优先加回溯的顺序PROLOG求解机制。即按照不同的访问方式,设立常规Cache和栈式Cache,分别支持存储空间中的随机访问区域和栈式访问区域。作为一个典型的子部分,文中详细讨论了选择点Cache的控制和调度策略。