混合内存架构的能耗降低策略

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相变存储器(Phase Change Memory,以下简称PCM)是一种新型计算机存储技术。近年来的研究主要把它定位为下一代内存载体。相比较于传统的动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,以下简称DRAM),它具有存储密度更高、非挥发性、抗辐射抗干扰、空闲能耗更低等诸多优秀特征。但是在存储写入操作上,它比DRAM消耗更高的时间和能量。同时它非常有限的写入寿命也限制了当前其大规模地替代DRAM。因此,针对PCM技术的应用更多地是把它和DRAM相结合,搭建混合内存架构,以期发扬两者各自的优势。之前的相关研究各自提出了他们搭建混合内存系统的思路和策略。但是前人的工作中更多地把目标集中在减少PCM写入次数、提高PCM使用寿命,而并没有考虑到混合内存架构的能耗问题。尤其是在混合内存中DRAM的空闲能耗远远高于PCM,占了总能耗中非常大的比例。这个能耗的瓶颈在前人的工作中基本没有涉及。本文的主要目标就是讨论降低混合内存架构下的能耗策略。我们结合DRAM技术提供的多能量状态切换,提出了一个简单有效地能量状态转移策略,并以此为基础提出了两大内存页迁移策略来实现降低能耗。我们将提出的这些策略整合为一个系统,并在精确到CPU周期的模拟器上拓展实现,并选取了大量的应用程序对我们的混合内存架构进行测试和比较。试验结果表明我们的内存系统设计比前人的工作在降低能耗和能耗×时间2两大指标上都有显著的提高。
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