Магистерская диссертация Реализация справочника для аппаратной поддержки когерентности

Магистерская диссертация Реализация справочника для аппаратной поддержки когерентности в ВК Эльбрус-2 S Студент: Петров Игорь, ФРТК, 613 группа Научный руководитель: к. т. н. Груздов Ф. А.

Эльбрус-S: протокол наблюдения Протокол когерентности: протокол наблюдения (snooping) Проблема: квадратичная зависимость числа снуп-запросов от кол-ва процессоров в системе

Эльбрус-2 S: протокол на основе справочника Ø Справочник содержит информацию о местонахождении и состоянии строк данных оперативной памяти, экспортированных в кэш-памяти процессоров Выборочное снупирование в соответствии со справочником Сокращается кол-во снуп-запросов Данные не модифицированы Данные модифицированы относительно памяти

Постановка задачи 1. Разработка конфигурации справочника - структура, формат элемента, способ хранения 2. Введение справочника с выбранной конфигурацией в состав чипсета микропроцессора «Эльбрус-2 S» Требования: § Обеспечение как можно меньшей дополнительной задержки выполнения отдельного запроса, связанной с введением справочника в состав чипсета § Достижение максимальной пропускной способности межпроцессорных каналов связи § Возможность использования в системах, содержащих разное количество процессоров (от 1 до 16) § Эффективное использование аппаратных ресурсов и площади кристалла.

Тип справочника Полный справочник Усеченный справочник DRAM - память SRAM - память Хранит информацию о всей памяти системы Быстрое время доступа к данным справочника Большие затраты ресурсов памяти Вытеснение строки влияет на состояние кэш -памяти процессоров Эльбрус – 2 S : полный справочник с кэш-памятью

Элемент справочника Виды справочников: 1. Справочник с точным покрытием узлов системы (full-map directory) - N индикаторов характеризуют N узлов системы 2. Справочник с неточным покрытием узлов системы (limited directory) - M индикаторов характеризуют N узлов системы, M < N 3. Справочник с цепочным построением (chained directory) - двунаправленный список указателей на совладельцев данных Выбранное решение - комбинация 1 -го и 2 -го типов 4 бита (7 бит) SHARED 3 бита ЫР MOD • MOD – указатель на владельца модифицированных данных • SHARED – бит-вектор совладельцев копий

Размещение в памяти 1. Хранить информацию справочника в свободных битах ECC-кода плохо используется кэш-память 2. Выделить отдельную непрерывную область памяти под данные справочника 2 отдельных запроса в память, затраты на переоткрытие страницы 3. Размещать информацию справочника в одной странице с данными данные справочника считываются из ОП вместе с данными по запросу В контроллер памяти добавлена поддержка комбинированных запросов по чтению данных по запросу и данных справочника

Функция мэппирования ADRAM[39: 6] = APA[39: 6] + D* D – размер непрерывной области пространства ОП, содержащей строки справочника P – размер непрерывной области пространства ОП, содержащей строки данных Из соображений физдизайна: 1) 1/P - периодическая дробь (меньше операций сложения) 2) D = 1 P = 63 P = 31 Однокластерная система Четырёхкластерная система

Кэш-память справочника Характеристики кэш-памяти: Ø множественно-ассоциативная, 16 колонок Ø длина одной кэш-строки – 64 байта Ø размер – 512 Кб

Обновление информации справочника Проблема: гонки запросов WB и RI от разных ядер гонки запросов INV от разных ядер/процессоров Возможные варианты : q обновлять после завершения запроса трудоёмкость поддержания конвейерности, большие накладные расходы по времени работы и оборудованию q обновлять после прохождения запроса через конвейер SC Решение: добавить возможность отката состояния элемента справочника p. A … c 0 Арбитр … служебные запросы

Контроль целостности данных кэш-памяти Контроль целостности данных: v ECC – контроль требует добавления стадий в конвейер v CRC - кодирование Данные (64 бита) CRC - алгоритм Процедура исправления ошибок Тэги данных (21 бит) CRC-8 CRC-4 63 запроса FLUSH Серия запросов FLUSH по индексу с ошибкой В системный коммутатор добавлен модуль, отвечающий за исправление ошибок в кэш-памяти справочника. Запросы FLUSH помещаются в очередь служебных запросов SC. При обработке ошибки SC способен выполнять запросы процессоров.

Характеристики Без справочника Чтение своей памяти 140 нс 80 нс Чтение чужой памяти o Со справочником 195 нс 190 нс Количество снуп-запросов сокращено в 4 раза o Хранение справочника занимает 1, 5%(3%) общей памяти системы o Объём кэша – 512 КБ – покрывает L 2 -кэши процессоров внутри одного кластера

Результаты v Разработана конфигурация справочника, удовлетворяющая поставленным требованиям: уменьшение служебного трафика малая задержка выполнения запроса v В чипсет введена поддержка справочника с выбранной конфигурацией два режима работы (однокластерная/многокластерная система) частота – 1 ГГц v Произведена отладка работы со справочником на системных тестах

Спасибо за внимание !