通过增加最后一级高速缓存(LLC)的容量可以缓解内存墙(主存和CPU速度差异)。但是由于面积和静态功耗过大,传统的SRAM LLC的容量增长已经出现瓶颈。现如今非易失性存储器,比如电子自旋转移矩存储器(STT-RAM)以及相变存储器(PCM),因具有低静态功耗、高存储密度和高扩展性等特点,成为取代当前SRAM的有力竞争者。然而,这一类非易失性存储器的写操作往往具有高能耗和较高的延迟等待,直接将其替代SRAM高速缓存会导致写操作额外能耗抵消非易失性存储器的优势,因此在真实工业应用此类非易失性高速缓存之前需要对写操作进行优化。通过分析多种应用程序观察最后一级高速缓存的重用信息,提出了一种基于缓存块重用信息的动态旁路策略(简称Re BP),优化非易失性存储器作为最后一级高速缓存带来的高能耗。方案分析高速缓存块的重用信息来动态选择缓存块是否绕过非易失性存储器。NVM LLC的填充有两种方式,一种来自于L2的写回,另一种来自于LLC的缺失填充,Re BP从这两个方面进行旁路分析,其中L2写回旁路策略中添加了高速缓存监控模块(CM),该模块拥有间隔查询和实时查询两种模式,在不同的模式下,CM模块可得知多个L2高速缓存的状态信息来动态选择旁路路径。本文提出的旁路策略可以减少大部分写操作,传统旁路操作会降低LLC命中率,导致性能的下降。但是本文的策略调节了旁路,克服了命中率损失,提升了性能。LLC缺失填充利用高速缓存块的重用信息以及预测表的预测信息共同决定高速缓存块的旁路策略。通过该方案设计将提高整体高速缓存的性能。通过实验分析,与STTRAM LLC基准相比较,在4核系统中Re BP可以将所有SPLASH-2应用程序的执行时间平均减少6.6%,同时将NVM LLC的能耗平均降低22.5%。在实验中通过评估了其他现有的体系结构设计,该方案在性能和能耗方面均具有明显的提升,从而使非易失性存储器成为最后一级缓存技术成为未来高性能计算的有吸引力的替换方案。