TAZ-PFC-2010-311


Coherent vs. non-coherent last level on-chip caches: an evaluation of the latency and capacity trade-offs

Ferrerón Labari, Alexandra
Falsafi, Babak (dir.)

Suárez Gracia, Darío (ponente)

Universidad de Zaragoza, CPS, 2010
Informática e Ingeniería de Sistemas department, Arquitectura y Tecnología de Computadores area

Ingeniero en Informática

Abstract: El desorbitado consumo energético de los centros de datos actuales y la creciente preocupación por el medio ambiente han llevado a que las tecnologías de la información deban plantearse cómo reducir costes, a la vez que preservar el medio ambiente, en futuros centros de datos. ARM, en un consorcio con Nokia, IMEC, EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausanne) y UCY (Universidad de Chipre), lidera el proyecto EuroCloud, en donde se pretende desarrollar una nueva generación de servidores-on-chip con tecnología 3D y de bajo consumo para servicios de computación en nube (cloud computing). EuroCloud propone un nuevo servidor-on-chip de muy bajo consumo, utilizando procesadores ARM, aceleradores de hardware y memoria DRAM en chip integrada en 3D. En este proyecto hemos estudiado uno de los componentes principales del chip del proyecto EuroCloud, la jerarquía de memoria cache en chip, haciendo una comparación entre diferentes opciones para su organización. La configuración de la jerarquía de memoria cache en chip afectará al tiempo medio de acceso a memoria y, en consecuencia, influenciará el rendimiento global. El chip que hemos estudiado está compuesto por dos clusters. Cada cluster contiene dos procesadores con sus respectivas caches de nivel uno privadas y una porción del segundo nivel de memoria cache (en este caso el segundo nivel de cache es el último nivel de la jerarquía). Este último nivel de cache se encuentra, por tanto, físicamente distribuido entre los clusters y puede ser configurado de forma distinta. En concreto, admite dos organizaciones: caches compartidas o caches privadas. En este proyecto hemos analizado dos organizaciones: una organización compartida, en la que los dos clusters comparten el último nivel de la memoria cache, y que pretende conseguir aprovechar al máximo la capacidad efectiva de la cache, y una organización en Cluster, en donde el último nivel de cache es privado para cada cluster. En este último caso, damos prioridad a un acceso más rápido (menor latencia) a este nivel de la jerarquía. Dentro de una organización en Cluster, hemos estudiado la posibilidad de introducir un mecanismo de coherencia para este nivel. Tras una extensa labor de investigación sobre el estado del arte del tema y sobre la organización del chip y su arquitectura, hemos modelado los dos diseños antes mencionados en nuestra plataforma de simulación y simulado cargas de trabajo representativas. Hemos analizado en detalle los resultados obtenidos para distintos tamaños de memoria cache y concluido que una organización en Cluster, en general, funciona mejor. Un diseño Cluster se beneficia de una latencia de acceso más baja a la vez que proporciona en la mayoría de los casos la capacidad de cache necesaria para obtener un buen rendimiento. En los casos en que capacidad es más crítica que acceso o en cargas de trabajo con poca localidad, el diseño Compartido aventaja al diseño Cluster. En cuanto a los mecanismos de coherencia para este nivel de la jerarquía, creemos que, para el tipo de servidor estudiado y el tipo de aplicaciones consideradas, son innecesarios. Adicionalmente, hemos extendido el entorno de simulación utilizado, así como profundizado en la metodología de simulación para conseguir unos resultados más ajustados.


Free keyword(s): Arquitectura de computadores ; Jerarquía de memoria ; Multiprocesadores
Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera
Notas: Documento principal (resumen) de la memoria en español. Resumen de la memoria disponible también en inglés (ver apéndices). Apéndices en inglés.

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