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第1章 绪论1

1.1 研究背景1

1.1.1 传统缓存技术所面临的问题1

1.1.2 新型非易失性存储技术带来的机遇3

1.1.3 新型非易失性存储技术面临的挑战及解决方案7

1.2 目标和内容9

1.2.1 基于分区技术的缓存功耗优化方法11

1.2.2 基于反馈学习的非易失性缓存功耗优化方法11

1.2.3 基于磨损均衡技术的非易失性缓存功耗优化方法12

1.2.4 基于数据分配技术的混合缓存功耗优化方法12

1.2.5 基于周期性学习的多级非易失性缓存功耗优化13

1.2.6 基于编译技术的PCM功耗优化13

1.3 组织结构14

1.4 本章小结15

参考文献15

第2章 缓存技术的研究现状19

2.1 传统缓存技术的研究现状19

2.1.1 减少缓存动态功耗的方法20

2.1.2 减少缓存静态功耗的方法21

2.2 新型缓存技术的研究现状22

2.2.1 缓存优化方法分类与总结22

2.2.2 基于STT-RAM的缓存优化方法25

2.2.3 基于PCM的缓存优化方法40

2.2.4 基于RRAM的缓存优化方法41

2.2.5 基于DWM的缓存优化方法42

2.3 本章小结44

参考文献44

第3章 基于分区技术的缓存功耗优化55

3.1 研究动机56

3.1.1 缓存分区技术潜在的优势56

3.1.2 消除死写块潜在的好处57

3.2 复用局部性感知的缓存分区方法58

3.2.1 整体框架58

3.2.2 缓存分区大小的选择59

3.2.3 复用局部性缓存块保留算法62

3.2.4 复用局部性指导数据分配65

3.3 实验评估方法67

3.3.1 实验设置67

3.3.2 实验测试集的选取68

3.3.3 实验评价标准69

3.4 实验结果与分析69

3.4.1 单线程工作负载69

3.4.2 多道程序工作负载71

3.4.3 多线程工作负载72

3.4.4 讨论与分析73

3.4.5 硬件开销分析76

3.5 本章小结76

参考文献77

第4章 基于反馈学习的非易失性缓存功耗优化80

4.1 研究动机81

4.1.1 例子分析82

4.1.2 消除死写块的潜在好处83

4.2 基于反馈学习的死写终止方法83

4.2.1 整体框架83

4.2.2 缓存块访问行为学习84

4.2.3 缓存块分类86

4.2.4 死写终止88

4.2.5 信息反馈88

4.3 实验评估方法89

4.3.1 实验设置89

4.3.2 实验测试集的选取90

4.4 实验结果与讨论90

4.4.1 功耗评估91

4.4.2 性能评估92

4.4.3 预测准确性评估93

4.4.4 开销分析93

4.4.5 B的敏感性分析94

4.4.6 α、β和εi的选取分析95

4.4.7 适应性分析96

4.5 本章小结96

参考文献96

第5章 基于磨损均衡技术的非易失性缓存功耗优化100

5.1 研究动机102

5.2 磨损均衡技术指导缓存数据分配104

5.2.1 SEAL方法的设计105

5.2.2 评价指标定义107

5.2.3 缓存组间数据迁移策略109

5.2.4 缓存组内数据迁移策略111

5.3 实验评估113

5.3.1 实验环境113

5.3.2 实验结果115

5.3.3 讨论与分析119

5.4 本章小结122

参考文献123

第6章 基于数据分配技术的混合缓存功耗优化127

6.1 研究动机128

6.2 数据分配方法129

6.2.1 问题定义130

6.2.2 SBOP方法架构131

6.2.3 SBOP方法的能耗优化132

6.3 实验评估135

6.3.1 实验设置135

6.3.2 预测准确性评估136

6.3.3 动态功耗评估137

6.3.4 运行时间评估138

6.3.5 开销分析139

6.4 本章小结140

参考文献140

第7章 基于周期性学习的多级非易失性缓存功耗优化144

7.1 MLC STT-RAM概述145

7.2 研究动机147

7.3 周期性学习的自适应缓存块数据分配方法149

7.3.1 问题定义149

7.3.2 缓存访问行为的离线分析151

7.3.3 PL-ABP152

7.4 实验评估155

7.4.1 实验设置155

7.4.2 实验结果156

7.4.3 讨论与分析158

7.5 本章小结160

参考文献161

第8章 基于编译技术的PCM功耗优化164

8.1 易失性PCM的模型166

8.1.1 MLC PCM及其写操作166

8.1.2 MLC PCM写延迟和数据保留时间的权衡167

8.1.3 易失性PCM的模型168

8.2 研究动机169

8.3 编译指导的双重写方法173

8.3.1 构造控制流图173

8.3.2 存储器地址分析176

8.3.3 定义可达性分析176

8.3.4 WCLT分析177

8.3.5 代码注入181

8.4 实验评估方法181

8.5 实验结果与分析185

8.5.1 性能提升评价185

8.5.2 写功耗减少评价186

8.5.3 耐久性评估187

8.5.4 开销和有效性讨论188

8.5.5 进一步讨论190

8.6 本章小结191

参考文献191

第9章 总结与展望196

9.1 总结196

9.2 展望198