Karo Yapılı Çok Çekirdekli İşlemcilerde Dizin Temelli Önbellek Tutarlığı Verimliliğinin Artırılmasına Yönelik Donanım/Yazılım Mekanizmaları

Dizin temelli önbellek tutarlık protokolleri, son seviye özel önbelleklerdeki veri bloklarını tutarlı kılmak için bilinen en uygun yöntemlerdir. Ancak, dizin yapılarının alan ve yüksek asosyativite gereksinimi gittikçe artan çekirdek sayıları için istenen düzeyde ölçeklenebilmeye zorluk teşkil etmektedir. Bazı önceki çalışmalarda gösterildiği üzeri, veri bloklarının önemli bir kısmı sadece tek bir çekirdek tarafından erişilmektedir; bu yüzden bu özel blokları dizin yapısında izlemeye gerek yoktur. Bu çalışmada iki temel katkımız bulunmaktadır. Bunlardan ilki, sayfa ayrıntısında veri blok sınıflandırmasına kıyasla alt sayfa seviyesinde sınıflandırma çok daha fazla bloğun özel olarak sınıflandırmasına yardımcı olur. Bu düşünceye bağlı olarak, CMP'lerde dizin önbelleklerin verimliğini geliştirmek için iki farklı yaklaşım sunduk. Yarı dinamik alt sayfa seviyesi veri blok sınıflandırması (QDBC) diye adlandırdığımız birinci yaklaşımda, bir veri bloğu program çalışması başlangıcında özel olarak kabul edilir ve ilgili alt sayfa tek bir çekirdek tarafından erişildiği müddetçe bu blok özel kalmaya devam eder. Dinamik alt sayfa seviyesi veri blok sınıflandırması (DBC) diye adlandırdığımız ikinci yaklaşımımız özel bloğu paylaşımlı bloğa dönüştürme açısından benzerlik gösterir. Ancak birinci yaklaşımın tersine, bir alt sayfa çekirdeklerin bütün özel önbelleklerinden atıldığında bu alt sayfadaki bütün veri blokları tekrar özel olarak sınıflandırılır.Ancak, alt sayfa seviyesi blok sınıflandırması sayfa tablolarında bakım bilgilerini güncellemede işletim sisteminin müdahale sıklığını artırabilir. Bu problemin üstesinden gelmek için ikinci katkımız olarak, sistemde son zamanlardaki sayfa dönüşümlerini saklayan dağıtık yonga üzeri sayfa tablosunu önerdik. Simülasyon sonuçlarımız, sayfa seviyesi blok sınıflandırmasıyla kıyaslandığımızda yonga üzeri sayfa tablosuna dayalı QDBC ve DBC yöntemlerinin daha fazla özel blok tespit edebildiğini ve sistem performansını önemli ölçüde artırabildiğini göstermektedir. Özellikle, QDBC ve DBC yöntemleri, 2K uzunluğunda alt sayfa barındıran 16-çekirdekli CMP'de erişilen veri bloklarının sırasıyla %45 ve %78'ini özel olarak sınıflayabilmektedir. Ayrıca QDBC yöntemine kıyasla DBC yaklaşımı, küçük boylu alt sayfalardan avantaj sağlayabilir ve bu yöntem, 128B büyüklüğündeki alt sayfalar için sistem performansını ortalama %20 artırabilir.