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眾核處理器—原理、設計與優化

( 簡體 字)
作者:李兆麟、王明羽、魏少軍類別:1. -> 電子工程 -> 電子電氣
譯者:
出版社:清華大學出版社眾核處理器—原理、設計與優化 3dWoo書號: 54220
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NT定價: 495
折扣價: 465

出版日:2/1/2021
頁數:288
光碟數:0
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印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
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ISBN:9787302567462
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
(簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證)
作者序:

譯者序:

前言:

處理器已經進入多核與眾核時代。多核與眾核處理器已占85%以上的市場份額。隨著高性能計算、媒體應用、人工智能、大數據以及信號處理等領域的快速發展,眾核處理器正成為處理器架構的主要發展方向。例如在實時多媒體應用、信號處理、科學計算和網絡領域的計算密集型應用,要求處理器必須提供非常高的計算密度和每秒幾十億次操作的性能。傳統的通用架構處理器性能偏低,能耗偏高,已經不適合計算密集型應用。眾核處理器能有效地利用廉價晶體管提供高密度計算,且具備可編程靈活性,因而受到了學術界和工業界越來越廣泛的關注。
近年來,不同領域的應用算法越來越復雜多樣,需要處理的數據量也越來越大,但某些應用不具有良好的天然并行性。這導致眾核處理器即使采用仔細的任務劃分進行并行計算,但是線程間頻繁的通信開銷也會大大削弱通過并行計算所獲得的加速比收益,性能、存儲、能耗問題日益嚴重。因此,本書共分6章,針對眾核處理器重點介紹架構優化、運算資源優化、存儲優化、通信優化以及能耗與溫度優化等方面的關鍵技術進行講解。
第1章是緒論。首先從微電子領域的摩爾定律和丹納德縮減定律出發,論述了當前處理器的發展方向,回顧了應用的特性和處理器設計的發展歷程和關系,概括了目前處理器正朝著新架構和眾核化方向發展的趨勢。其次,從發掘指令級并行度、提高運算資源利用率以及編程靈活性等多方面引出本書主要討論的眾核處理器。最后,對眾核處理器涉及的設計難點、挑戰和關鍵技術進行了綜述。
第2章介紹眾核處理器架構。首先從計算、存儲、通信三方面概述了處理器架構的設計與優化技術。其次從該架構的存儲機制、存儲層次結構、共享和私有Cache以及片上網絡通信機制等多方面詳細介紹瓷片眾核處理器架構。最后綜述了國內外優秀研究成果,并對比其優勢和缺陷,為眾核處理器架構設計,尤其瓷片眾核處理器架構設計與優化提供了技術方案參考。
第3章介紹眾核處理器存儲優化技術。首先介紹了存儲層次結構和優化目標。其次系統介紹了時空局部性感知的自適應Cache設計,實現了對應用程序實際時間局部性和空間局部性的動態監控,并分別討論了基于共享末級Cache模型和基于私有末級Cache模型的兩種自適應Cache結構。最后介紹混合快速突發支持的片上網絡,明顯提升瓷片眾核處理器的存儲訪問效率。
第4章介紹處理器核運算資源優化技術。首先介紹一種基于流程序同構多線程和核心聯合的調度策略來提高流架構的運算單元利用率,其次介紹一種運算單元利用率感知的核心映射和調度策略, 用以提高片上網絡多核流處理器的運算單元利用率,同時考慮能量消耗。
第5章介紹基于片上網絡的通信優化技術。提出基于虛擬電路交換的片上網絡混合策略,以及最小化通信延時和功耗的路徑分配算法,并介紹片上網絡眾核編譯框架協同設計技術。
第6章介紹眾核處理器能耗與溫度優化技術。討論眾核處理器能耗和溫度優化的原理以及相關數學模型,分別從處理器核指令調度和眾核多任務調度兩方面實現了處理器能耗和溫度優化。首先提出了一種面向漏電功耗和溫度控制協同優化的指令編譯設計流程,可以有效地實現功耗和溫度的同時優化。其次提出一個基于溫度管理的任務映射機制,通過平衡多任務負載實現峰值溫度的最優化。最后為了減少引入額外的通信開銷提出了子網格分配策略,綜合考慮了當前的計算核溫度、臨近核的溫度影響、物理位置的影響,以及通信開銷,提高性能的同時避免溫度優化損失。
本書偏重于介紹眾核處理器的設計與優化技術,對從事眾核處理器設計與實現方面的研發人員有很好的指導意義。本書的作者長期從事研究生與本科生教學與指導工作,因此本書對從事眾核處理器研究的研究生也有很好的指導意義。
感謝蔣國躍博士和曹姍博士對本書撰寫工作做出的極大貢獻,兩位博士在博士生期間的研究工作支撐了本書部分章節的撰寫。李兆麟統籌規劃全書結構,王明羽負責書稿撰寫工作,本書的全部研究成果都是在魏少軍與李兆麟共同指導下完成的。
感謝清華大學出版社的大力支持,編輯老師認真細致的工作保證了本書的質量。
由于著者水平有限,書中難免有不足之處,懇請讀者批評指正!
著者
2020年10月
內容簡介:

本書著重介紹眾核處理器,重點關注架構優化、存儲優化、運算資源優化、通信優化以及能耗與溫度優化等方面的關鍵技術。
從計算、存儲、通信三方面介紹眾核處理器架構的設計與優化技術,基于存儲機制、存儲層次結構、共享和私有Cache以及片上網絡通信機制等多方面詳細介紹瓷片眾核處理器架構,并提供瓷片眾核處理器架構的優化方案。
目錄:

第1章緒論
1.1處理器發展概述
1.2眾核處理器簡介
1.3指令調度技術
1.4片上網絡通信技術
1.5能耗優化技術
1.6小結
參考文獻
第2章眾核處理器架構
2.1處理器架構概述
2.2瓷片眾核處理器架構
2.3存儲機制
2.3.1存儲層次結構
2.3.2共享Cache架構
2.3.3私有Cache架構
2.4互連網絡
2.4.1片上網絡通信機制
2.4.2片上網絡延時優化技術
2.5小結
參考文獻



第3章眾核處理器存儲優化
3.1存儲層次結構
3.2Cache優化技術
3.3存儲結構優化設計
3.3.1自適應共享Cache結構
3.3.2自適應私有Cache架構
3.4互連網絡與Cache協同設計
3.4.1片上網絡延時優化設計
3.4.2片上網絡與自適應Cache的協同設計
3.5小結
參考文獻
第4章處理器核運算資源優化
4.1流處理器
4.2流程序的核心映射和調度
4.3運算資源利用率優化技術
4.3.1同構多線程與核心聯合
4.3.2運算單元高利用率調度
4.4利用率感知的核心映射和調度技術
4.4.1眾核流處理架構建模
4.4.2核心映射與調度優化
4.5小結
參考文獻
第5章基于片上網絡的通信優化
5.1片上網絡混合策略
5.2片上網絡延時和能耗建模
5.3片上網絡延時優化技術
5.3.1虛擬電路交換片上網絡路由器
5.3.2混合虛擬電路路徑分配算法
5.4片上網絡眾核編譯框架協同設計
5.4.1眾核編譯框架總體設計
5.4.2可執行代碼編譯生成
5.5小結
參考文獻
第6章處理器能耗與溫度優化
6.1能耗與溫度優化原理
6.2處理核能耗與溫度建模
6.3處理核指令編譯
6.3.1漏電功耗優化調度
6.3.2溫度優化的負載均衡
6.4眾核任務調度優化技術
6.4.1多任務子圖劃分和子網分配
6.4.2啟發式子任務映射
6.5小結
參考文獻
序: