發(fā)布時(shí)間：2020-08-24 21:25

【摘要】：大數(shù)據(jù)時(shí)代,需要處理的數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度快。隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的內(nèi)存占用量不斷增加,今天的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要大容量的內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)處理。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Dynamic Random-Access Memory,DRAM)由于制造工藝上的挑戰(zhàn),已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足大數(shù)據(jù)應(yīng)用程序?qū)Υ髢?nèi)存的需求。與DRAM相比,新興的非易失性內(nèi)存(Non-Volatile Memory,NVM)通常具有高密度、低靜態(tài)功耗和低成本的優(yōu)點(diǎn)。然而,NVM寫延遲高、寫能耗高和寫壽命有限的缺點(diǎn)使其離成為DRAM的替代品還有重大挑戰(zhàn)。此外,內(nèi)存數(shù)據(jù)冗余大,這為數(shù)據(jù)壓縮提供了可能性。針對(duì)NVM的寫壽命有限、寫數(shù)據(jù)延遲高、寫能耗高的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向3D堆疊的NVM內(nèi)存壓縮系統(tǒng),從而減少寫入NVM的數(shù)據(jù)量、延長(zhǎng)NVM的使用壽命。首先,結(jié)合內(nèi)存數(shù)據(jù)零數(shù)據(jù)比例高和頻繁值局部性的特征,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于零數(shù)據(jù)和頻繁值的ZD-FVC數(shù)據(jù)壓縮策略。ZD-FVC充分利用了大多數(shù)程序內(nèi)存中零數(shù)據(jù)比例高的特性,優(yōu)化設(shè)計(jì)了FVC的編碼模式,大幅減小了壓縮編碼的存儲(chǔ)開銷,提高了壓縮率。然后,通過在3D堆疊的NVM內(nèi)存的logic層上實(shí)現(xiàn)用于以上數(shù)據(jù)壓縮策略的壓縮/解壓縮單元,通過數(shù)據(jù)壓縮減少寫操作的數(shù)據(jù)量,從而降低NVM的寫延遲和寫能耗。同時(shí),研究了NVM內(nèi)數(shù)據(jù)的放置策略,以高效地管理壓縮后的數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)壓縮后節(jié)省的存儲(chǔ)空間實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于輪轉(zhuǎn)的磨損均衡機(jī)制,使得寫操作能盡量均勻地分布以延長(zhǎng)NVM的使用壽命。使用gem5和NVMain組成的混合模擬器,從SPEC CPU 2006標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試集中選取12個(gè)具有代表性的應(yīng)用程序,對(duì)比測(cè)試了七個(gè)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相較于采用FVC算法的壓縮系統(tǒng),面向3D堆疊的NVM內(nèi)存壓縮系統(tǒng)能提高55%的壓縮率、降低NVM 41%的寫延遲和20%的寫能耗,同時(shí)能延長(zhǎng)了NVM 74%的使用壽命。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP333
【圖文】：

4. 本次NVM寫操作流程結(jié)束。圖2.2 面向3D堆疊的NVM內(nèi)存壓縮系統(tǒng)的NVM寫操作流程圖2.3是面向3D堆疊的NVM內(nèi)存壓縮系統(tǒng)的NVM讀操作流程，其具體步驟如下：1. 在最后一級(jí)高速緩存發(fā)生數(shù)據(jù)缺失，從而觸發(fā)NVM的讀操作；圖2.3 面向3D堆疊的NVM內(nèi)存壓縮系統(tǒng)的NVM讀操作流程

科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論_tag值，根據(jù)comp_tag值判斷數(shù)據(jù)是否已經(jīng)被壓5；tag，根據(jù)addr_tag的值從NVM內(nèi)存中相應(yīng)位置縮后的數(shù)據(jù)讀到ZD-FVC解壓縮模塊；壓縮模塊根據(jù)comp_tag的值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，數(shù)據(jù)讀入到讀緩沖區(qū)；M內(nèi)存中相應(yīng)位置處讀取數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)讀入速緩存從讀緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，本次NVM讀操作

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文3. 此時(shí)只需將ZD壓縮標(biāo)識(shí)位comp_tag置‘0’，同時(shí)將64B數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的NVM內(nèi)存中即可，轉(zhuǎn)步驟5；4. 將4B的Bit Map寄存器R中值寫入零塊標(biāo)識(shí)位zero_prefix中，即寫入該NVM內(nèi)存的前4B中，然后將Bit Map寄存器R中值為1的對(duì)應(yīng)的（32-N）個(gè)2B數(shù)據(jù)塊依次寫入第5B起的連續(xù)內(nèi)存中；轉(zhuǎn)步驟5；5. ZD數(shù)據(jù)壓縮操作結(jié)束。

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2 ;創(chuàng)造存儲(chǔ)的無(wú)限機(jī)會(huì)——非易失性內(nèi)存再進(jìn)化[J];電子與電腦;2006年11期

3 孫強(qiáng);諸葛晴鳳;陳咸彰;沙行勉;吳林;;帶磨損均衡的小粒度非易失性內(nèi)存管理機(jī)制[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2018年S2期

4 ;科技信息[J];黑龍江科技信息;2011年32期

5 ;全新的非易失性內(nèi)存——第二代3D Xpoint[J];今日電子;2018年08期

6 舒繼武;劉志勇;;前言[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2018年09期

7 游理通;王振杰;黃林鵬;;一個(gè)基于日志結(jié)構(gòu)的非易失性內(nèi)存鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng)[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2018年09期

8 ;HOLTEK推出最新器件[J];電子制作;2008年05期

9 ;惠普工作站打造最強(qiáng)解決方案陣容[J];計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò);2013年08期

10 任啟;;Atmel力推系統(tǒng)方案 重點(diǎn)發(fā)展中國(guó)市場(chǎng)[J];世界電子元器件;2006年04期

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2 編譯 沈建苗;新存儲(chǔ)技術(shù)新在哪兒[N];計(jì)算機(jī)世界;2013年

3 于博;任啟中國(guó)情 Atmel亞洲意[N];電子資訊時(shí)報(bào);2006年

4 徐昕邋朱杰 劉洪宇 霍光;“脅迫”你用安全PC的四個(gè)理由[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2007年

5 顧國(guó)林;廉價(jià)＋多能[N];計(jì)算機(jī)世界;2004年

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3 董康平;基于非易失性內(nèi)存和RDMA的低延遲分布式鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2018年

4 陳波;面向分布式非易失性內(nèi)存的新型存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];江蘇大學(xué);2019年

5 秦杰杰;Redis數(shù)據(jù)庫(kù)在非易失性內(nèi)存上的交換技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];重慶大學(xué);2018年

6 孫強(qiáng);帶磨損均衡的小粒度非易失性內(nèi)存管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];重慶大學(xué);2018年

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9 賈揚(yáng);基于非易失性內(nèi)存的用戶態(tài)內(nèi)存文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D];重慶大學(xué);2017年

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