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非对称多核体系下的阿姆达尔定律性能模型研究

作　者: 冯叶
导　师: 邓倩妮
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 阿姆达尔定律非对称多核体系架构并行计算模型 multi2sim
分类号: TP338.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 34次
引　用: 1次
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内容摘要

阿姆达尔定律已经成为了并行计算性能模型中最为重要的定理之一,它简明清晰地论述了多核体系所带来的性能提升,以及在并行环境下应用程序的性能瓶颈所在,影响了后续一系列计算机理论的发展。并行理论一般基于对称多核体系进行研究,即所有的核都拥有同样的运算能力。但根据阿姆达尔定律的推导,此体系的并行任务性能最终会受限于串行部分所占的比例。为了寻求突破这瓶颈的方法,处理器领域中出现了非对称多核体系的新研究方向。但从对称架构转到非对称架构时,应该如何设计使得非对称架构的效果最佳,却缺少一定的理论分析、指导和实验。本文基于非对称多核体系架构,提出了一种将任务的串并行比例、底层核的具体配置等因素加入阿姆达尔定律的建模方法,通过量化两架构各自核的性能,分析架构之间的性能差异,进一步肯定了非对称体系的任务加速比优势。该理论模型同时发现当对称架构转化为非对称架构之时,应符合一定的设计转换原则才能最优化整个系统。模型在综合考虑加速比性能、硬件平台转换的开销以及上层任务串并行比例后,给出了架构转换的指导思想。本文的实验平台是multi2sim多核模拟器,通过修改源代码后使其支持了非对称多核的体系架构,并在该实验环境下运行相关的基准程序,验证了理论模型的部分结论,为后续的非对称架构发展和研究打下基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 研究背景与意义  11-12
  1.2 相关研究  12-18
    1.2.1 多核发展现状和趋势研究  13-14
    1.2.2 阿姆达尔（Amdahl）定律理论研究  14-15
    1.2.3 非对称多核总体性介绍  15-16
    1.2.4 非对称多核单一指令集研究  16-18
  1.3 本文组织结构  18-20
第二章阿姆达尔定律及其改进  20-24
  2.1 原始阿姆达尔定律介绍  20-21
  2.2 基于硬件资源的阿姆达尔定律  21-23
    2.2.1 相关名词介绍  21-22
    2.2.2 公式与推论  22-23
  2.3 非对称体系下最大化并行度的阿姆达尔定律  23-24
第三章非对称多核架构下阿姆达尔定律的新模型分析  24-41
  3.1 条件与假设  24-25
  3.2 基本公式  25-26
  3.3 对称架构与非对称架构之间的纵向分析  26-36
    3.3.1 对称架构的单核性能与非对称架构大核性能相同的情况  27-29
    3.3.2 非对称架构大核性能大于对称架构的单核性能的情况  29-33
    3.3.3 非对称架构大核性能小于对称架构的单核性能的况  33-36
  3.4 非对称架构体系下的横向分析  36-39
    3.4.1 比较与分析  36-39
    3.4.2 结论  39
  3.5 总体结论  39-41
第四章模型的限制  41-44
  4.1 理论限制  41
  4.2 实际应用中的限制  41-42
  4.3 可行的解决方法  42-44
    4.3.1 理论限制的解决方法探讨  42-43
    4.3.2 实际应用中限制的解决方案探讨  43-44
第五章实验平台与仿真测试  44-61
  5.1 实验平台  44-54
    5.1.1 硬件平台  44-45
    5.1.2 仿真程序平台介绍  45
    5.1.3 multi2sim 概况与模拟器具体介绍  45-49
    5.1.4 支持对称多核体系的multi2sim 架构  49-52
    5.1.5 改进的非对称多核体系multi2sim 架构  52-54
  5.2 仿真测试的基准程序  54-58
    5.2.1 基准测试程序的设计思想  54-55
    5.2.2 基准测试程序集  55-58
  5.3 实验分析  58-59
    5.3.1 模拟器参数设置  58
    5.3.2 实验结果  58-59
  5.4 实验数据分析与对比  59-60
  5.5 实验总结  60-61
第六章总结与展望  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  67

非对称多核体系下的阿姆达尔定律性能模型研究

内容摘要

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