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1、DRAM的可擴(kuò)展性由于變得越來(lái)越差,逐漸接近極限,不能滿足高性能計(jì)算機(jī)主存的大容量需求。相變存儲(chǔ)器(PhaseChangeMemory,PCM)是一種新興的非易失性字節(jié)尋址的存儲(chǔ)器,有望成為DRAM的一種替代產(chǎn)品。PCM相比DRAM具有更高的集成度、更低的靜態(tài)功耗和非易失性優(yōu)點(diǎn)。但是,PCM也存在有較大的讀寫(xiě)延遲、有限的寫(xiě)壽命等缺點(diǎn)。這些問(wèn)題阻礙了PCM的廣泛應(yīng)用。磨損均衡和硬件錯(cuò)誤糾正是延長(zhǎng)PCM壽命的有效方法。目前缺乏成熟的器件用于
2、PCM的壽命研究,而用軟件模擬PCM是一種有效的研究方法。本文研究PCM的壽命問(wèn)題,主要包括以下兩個(gè)方面的工作:
研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)內(nèi)存trace驅(qū)動(dòng)的PCM模擬器LPCMsim,可以模擬PCM的磨損均衡和糾錯(cuò)算法。LPCMsim讀取內(nèi)存trace產(chǎn)生請(qǐng)求,然后分別對(duì)內(nèi)存trace進(jìn)行磨損均衡或者糾錯(cuò)的模擬,最后統(tǒng)計(jì)分析并輸出結(jié)果。我們提出了4種不同的策略來(lái)解決PCM模擬中的準(zhǔn)確性、復(fù)雜性和模擬速度的關(guān)鍵問(wèn)題。第一,LPCMsi
3、m不模擬訪問(wèn)PCM的時(shí)間。第二,LPCMsim用模塊化的設(shè)計(jì)思想,盡可能地將模擬器的主體功能與模擬的算法實(shí)現(xiàn)分開(kāi)。第三,LPCMsim專注于PCM磨損均衡和糾錯(cuò),直接模擬PCM內(nèi)存的訪問(wèn),去除不必要的模塊和功能,不模擬CPU指令的具體執(zhí)行過(guò)程。第四,LPCMsim分別針對(duì)不同的PCM糾錯(cuò)算法的模擬進(jìn)行了不同的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,LPCMsim的模擬時(shí)間明顯短于兩個(gè)體系結(jié)構(gòu)模擬器,它是一個(gè)高效的輕量級(jí)的PCM模擬器。
針對(duì)PCM
4、磨損均衡算法的在惡意攻擊下壽命明顯降低的問(wèn)題,從兩個(gè)方面改進(jìn)傳統(tǒng)的基于分區(qū)的Start-Gap算法的分區(qū)映射方法,稱新的算法為多向Start-Gap算法。首先,它將分區(qū)的靜態(tài)映射方式改為動(dòng)態(tài)映射方式,使得映射關(guān)系無(wú)法計(jì)算,從而防止了攻擊。其次,它將分區(qū)到分區(qū)的映射方式改為分區(qū)到全局空間的映射方式,使得一個(gè)邏輯地址可以映射到任何一個(gè)物理地址,從而提高了磨損均衡效果。我們?cè)贚PCMsim模擬器上實(shí)現(xiàn)了多向Start-Gap算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示
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