Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων
Η τεχνική της μείωσης της τάσης τροφοδοσίας, που χρησιμοποιείται για τη μείωση της κατανάλωσης ισχύος, αυξάνει την ευαισθησία των κυκλωμάτων στις αποκλίσεις των παραμέτρων τους από τις ονομαστικές τιμές και οδηγεί στην εκθετική αύξηση του πλήθους των δυσλειτουργικών κυψελίδων. Ως αποτέλεσμα, έχου...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13164 |
| id |
nemertes-10889-13164 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Δυναμική τεχνική Καταχωρητές διαμόρφωσης Ανοχή σφαλμάτων Dynamic technique Permutation registers Fault tolerance |
| spellingShingle |
Δυναμική τεχνική Καταχωρητές διαμόρφωσης Ανοχή σφαλμάτων Dynamic technique Permutation registers Fault tolerance Καλδερών, Γαβριήλ Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων |
| description |
Η τεχνική της μείωσης της τάσης τροφοδοσίας, που χρησιμοποιείται για τη μείωση της
κατανάλωσης ισχύος, αυξάνει την ευαισθησία των κυκλωμάτων στις αποκλίσεις των
παραμέτρων τους από τις ονομαστικές τιμές και οδηγεί στην εκθετική αύξηση του
πλήθους των δυσλειτουργικών κυψελίδων. Ως αποτέλεσμα, έχουν προταθεί διάφορες
τεχνικές ανθεκτικότητας στα σφάλματα.
Σε αυτή την εργασία προτείνουμε μια τεχνική που εφαρμόζει μια συστηματική
ανακατανομή των μπλοκ μέσα στη δομή της κρυφής μνήμης λαμβάνοντας ως είσοδο
τη θέση των δυσλειτουργικών κυττάρων τη συστοιχία κρυφής μνήμης. Πρόκειται για
μια τεχνική που έχει ήδη αναπτυχθεί σε προηγουμένη εργασία και έχει εφαρμοστεί
στατικά, δηλαδή μία φορά στην αρχή της εκτέλεσης. Η παρούσα πτυχιακή εργασία
εφαρμόζει την τεχνική αυτή, αλλά δυναμικά. Ειδικότερα, ανά σταθερές περιόδους
εφαρμόζεται η τεχνική μας λαμβάνοντας κάθε φορά υπ’ όψιν τα τέσσερα πιο επιζήμια
σύνολα της μνήμης, εκείνα δηλαδή που σημειώνουν τις περισσότερες αποτυχίες και
υποβαθμίζουν την απόδοση.
Ο στόχος της ανακατανομής είναι διττός. Κατ’ αρχάς, να κατανέμεται ομοιόμορφα τα
ελαττωματικά μπλοκ σε σετ και δεύτερο, να συλλέγονται τα ελαττωματικά υπομπλόκ
σε ένα ελάχιστο αριθμό μπλοκ, έτσι ώστε να μεγιστοποιούνται τα μπλοκ χωρίς βλάβη.
Έτσι, η παρούσα πτυχιακή εργασία, επιτυγχάνει μείωση της επίδρασης των αποτυχιών
της κρυφής μνήμης πρώτου επιπέδου, τόσο δεδομένων όσο και εντολών.
Σύμφωνα με προηγούμενες μελέτες, έχει αποδειχθεί ότι όταν τα μη λειτουργικά μπλοκ
της κρυφής μνήμης είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα μέσα σε αυτή, τότε αυξάνεται η
αποδοτικότητά της, δηλαδή αυξάνονται οι επιτυχίες της μνήμης. Ο εν λόγω αλγόριθμος
που ενσωματώνεται, αφορά την λογική μετάθεση των δυσλειτουργικών μπλοκ μέσα σε
κάθε σετ της μνήμης και τη δυναμική εκτέλεσή του κατά την διάρκεια των
προγραμμάτων, δηλαδή την εκτέλεσή του ανά χρονικές περιόδους, γεγονός που
αυξάνει ακόμα περισσότερο την απόδοση της κρυφής μνήμης.
Η ανάπτυξη της παρούσας εργασίας βασίστηκε στην χρήση του εξομοιωτή
αρχιτεκτονικής υπολογιστών gem5. Ο εξομοιωτής αυτός αποτελεί ένα πολύ ισχυρό
εργαλείο ανοικτού κώδικα, το οποίο προσφέρει ποικίλες δυνατότητες με μεγάλη
ευελιξία στην τροποποίησή του, ενώ για τον υπολογισμό της απόδοσης
χρησιμοποιήθηκαν τα μετροπρογράμματα SPEC2006. Παράλληλα, ήταν απαραίτητη η
χρήση ενός πλήθους χαρτών σφαλμάτων που κατασκευάστηκαν μέσω του MATLAB
και οι οποίοι αναπαριστούν τα μη λειτουργικά μπλοκ μνήμης καθώς και δύο
πιθανότητες σφάλματος. |
| author2 |
Νικολός, Δημήτριος |
| author_facet |
Νικολός, Δημήτριος Καλδερών, Γαβριήλ |
| format |
Thesis |
| author |
Καλδερών, Γαβριήλ |
| author_sort |
Καλδερών, Γαβριήλ |
| title |
Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων |
| title_short |
Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων |
| title_full |
Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων |
| title_fullStr |
Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων |
| title_full_unstemmed |
Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων |
| title_sort |
δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13164 |
| work_keys_str_mv |
AT kalderōngabriēl dynamikētechnikēanochēselattōmatōnsekryphesmnēmesentolōnkaidedomenōn AT kalderōngabriēl dynamicfaulttolerancetechniqueininstructionanddatacaches |
| _version_ |
1771297317603770368 |
| spelling |
nemertes-10889-131642022-09-05T20:24:13Z Δυναμική τεχνική ανοχής ελαττωμάτων σε κρυφές μνήμες εντολών και δεδομένων Dynamic fault tolerance technique in instruction and data caches Καλδερών, Γαβριήλ Νικολός, Δημήτριος Βέργος, Χαρίδημος Κεραμίδας, Γεώργιος Νικολός, Δημήτριος Kalderon, Gavriil Δυναμική τεχνική Καταχωρητές διαμόρφωσης Ανοχή σφαλμάτων Dynamic technique Permutation registers Fault tolerance Η τεχνική της μείωσης της τάσης τροφοδοσίας, που χρησιμοποιείται για τη μείωση της κατανάλωσης ισχύος, αυξάνει την ευαισθησία των κυκλωμάτων στις αποκλίσεις των παραμέτρων τους από τις ονομαστικές τιμές και οδηγεί στην εκθετική αύξηση του πλήθους των δυσλειτουργικών κυψελίδων. Ως αποτέλεσμα, έχουν προταθεί διάφορες τεχνικές ανθεκτικότητας στα σφάλματα. Σε αυτή την εργασία προτείνουμε μια τεχνική που εφαρμόζει μια συστηματική ανακατανομή των μπλοκ μέσα στη δομή της κρυφής μνήμης λαμβάνοντας ως είσοδο τη θέση των δυσλειτουργικών κυττάρων τη συστοιχία κρυφής μνήμης. Πρόκειται για μια τεχνική που έχει ήδη αναπτυχθεί σε προηγουμένη εργασία και έχει εφαρμοστεί στατικά, δηλαδή μία φορά στην αρχή της εκτέλεσης. Η παρούσα πτυχιακή εργασία εφαρμόζει την τεχνική αυτή, αλλά δυναμικά. Ειδικότερα, ανά σταθερές περιόδους εφαρμόζεται η τεχνική μας λαμβάνοντας κάθε φορά υπ’ όψιν τα τέσσερα πιο επιζήμια σύνολα της μνήμης, εκείνα δηλαδή που σημειώνουν τις περισσότερες αποτυχίες και υποβαθμίζουν την απόδοση. Ο στόχος της ανακατανομής είναι διττός. Κατ’ αρχάς, να κατανέμεται ομοιόμορφα τα ελαττωματικά μπλοκ σε σετ και δεύτερο, να συλλέγονται τα ελαττωματικά υπομπλόκ σε ένα ελάχιστο αριθμό μπλοκ, έτσι ώστε να μεγιστοποιούνται τα μπλοκ χωρίς βλάβη. Έτσι, η παρούσα πτυχιακή εργασία, επιτυγχάνει μείωση της επίδρασης των αποτυχιών της κρυφής μνήμης πρώτου επιπέδου, τόσο δεδομένων όσο και εντολών. Σύμφωνα με προηγούμενες μελέτες, έχει αποδειχθεί ότι όταν τα μη λειτουργικά μπλοκ της κρυφής μνήμης είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα μέσα σε αυτή, τότε αυξάνεται η αποδοτικότητά της, δηλαδή αυξάνονται οι επιτυχίες της μνήμης. Ο εν λόγω αλγόριθμος που ενσωματώνεται, αφορά την λογική μετάθεση των δυσλειτουργικών μπλοκ μέσα σε κάθε σετ της μνήμης και τη δυναμική εκτέλεσή του κατά την διάρκεια των προγραμμάτων, δηλαδή την εκτέλεσή του ανά χρονικές περιόδους, γεγονός που αυξάνει ακόμα περισσότερο την απόδοση της κρυφής μνήμης. Η ανάπτυξη της παρούσας εργασίας βασίστηκε στην χρήση του εξομοιωτή αρχιτεκτονικής υπολογιστών gem5. Ο εξομοιωτής αυτός αποτελεί ένα πολύ ισχυρό εργαλείο ανοικτού κώδικα, το οποίο προσφέρει ποικίλες δυνατότητες με μεγάλη ευελιξία στην τροποποίησή του, ενώ για τον υπολογισμό της απόδοσης χρησιμοποιήθηκαν τα μετροπρογράμματα SPEC2006. Παράλληλα, ήταν απαραίτητη η χρήση ενός πλήθους χαρτών σφαλμάτων που κατασκευάστηκαν μέσω του MATLAB και οι οποίοι αναπαριστούν τα μη λειτουργικά μπλοκ μνήμης καθώς και δύο πιθανότητες σφάλματος. The technique of reducing power consumption increases the sensitivity of the circuits to their parameter deviations from the rated values and results in an exponential increase in the number of malfunctioning cells. As a result, various bug-resistance techniques have been proposed. In this work, we propose a technique that applies a systematic redistribution of blocks within the cache structure taking as input the malfunctioning cells of the cache array. This is a technique that has already been developed in previous work and applied statically, that is, once at the beginning of execution. The present thesis applies this technique, but dynamically. In particular, our technique is applied at regular intervals, taking into account each of the four most harmful sets of memory, the ones that score the most misses and degrade performance. The purpose of redistribution is twofold. First, to distribute the defective blocks uniformly in sets and second, to collect the defective blocks in a minimum number of blocks, so that the blocks can be maximized without errors. Thus, this thesis succeeds in reducing the effect of first-level cache failures on both data and commands. According to previous studies, it has been shown that when non-functional cache blocks are evenly distributed within it, its efficiency increases, that is, the memory successes increase. This embedded algorithm deals with the logical displacement of malfunctioning blocks within each memory set and its dynamic execution during programs, i.e. its execution by time periods, which further enhances the cache performance. The development of the present work was based on the use of the gem5 computing architecture simulator. This simulator is a very powerful open source tool that offers a variety of features with great flexibility in modifying it, and benchmarks SPEC2006 were used to measure performance. In addition, it was necessary to use a variety of fault maps manufactured via MATLAB that represent non-working memory cells as well as two fail probabilities. 2020-02-06T21:42:57Z 2020-02-06T21:42:57Z 2019-12-19 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13164 gr 0 application/pdf |
