超标量乱序处理器稳定状态吞吐率建模.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TP332密级：公开UDC：621.3学号：151260超标量乱序处理器稳定状态吞吐率建模研究生姓名：蒋网扣导师姓名：时龙兴教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年5月31日二级学科名称微电子学与固体电子学学位授予日期2018年月日答辩委员会主席龚建荣评阅人龚建荣吴建辉2018年6月7日硕士学位论文超标量乱序处理器稳定状态吞吐率建模专业名称：微电子学与固体电子学研究生姓名：蒋网扣导师姓名：时龙兴教授SUPERSCALAROUT

2、-OF-ORDERPROCESSORSTEADYSTATETHROUGHPUTMODELINGAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYJiangWangkouSupervisedbyProfessorShiLongxingSchoolofElectronicScience&EngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交

3、的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复

4、印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要随着处理器技术的飞速发展，处理器的性能评估逐渐成为学术界和工业界共同关注的焦点。在超标量乱序处理器的性能评估中，稳态性能部分大约占处理器总性能的20%。当前学术界普遍使用基于指令窗口曲线（I

5、nstructionWindowCurve,IW曲线）的稳定状态吞吐率模型评估处理器的稳态性能，但是这一模型缺乏对指令依赖关系和指令类型的综合考虑，并且模型中存在一个不合理的假设：指令窗口大小等于重排序缓冲区（ReorderBuffer,ROB）大小。本文旨在综合考虑指令依赖关系和指令类型两个维度，建立基于神经网络的稳定状态吞吐率模型，用于快速准确地评估处理器的稳态性能。本文的工作主要包含两个方面：第一，设计实验分析影响稳定状态吞吐率的因素并评估基于IW曲线的稳态吞吐率模型。首先，针对指令依赖关系、指令混

6、合比、流水线宽度以及功能单元数目，分别设计相应的测试程序进行验证、分析；然后，在gem5仿真平台上，复现基于IW曲线的稳态吞吐率模型；最后，从平均指令逗留时间和指令窗口大小两个方面详细分析基于IW曲线的模型存在的不足。第二，建立基于神经网络的稳态吞吐率模型。首先，从指令依赖关系和指令类型出发，在前人建立的关键路径长度理论的基础上，提出一个新的特征维度：依赖链路延迟分布；然后，分析依赖链路延迟分布和稳态吞吐率值的关系并建立基于神经网络的稳定状态吞吐率模型；最后，考虑流水线微架构参数对稳态吞吐率的影响，包括流

7、水线宽度，流水线后端功能单元数目等参数，修正和完善稳态吞吐率模型。本文建立的模型在4种不同的ROB大小配置下，分别采用11种不同的应用对模型的精度进行验证。与gem5仿真结果相比，模型自预测的平均精度大约为94.4%，模型跨应用预测的平均精度在91%左右；与基于IW曲线的稳定状态吞吐率模型相比，本文所建立的模型平均精度提高超过10%；在时间开销方面，模型和gem5仿真器相比，平均可以节省71.42%的时间。关键词：超标量乱序处理器，稳定状态吞吐率，流水线，模型IAbstractAbstractWithth

8、erapiddevelopmentofprocessortechnology,theevaluationofprocessorperformancehasgraduallybecomethefocusintheacademicandindustrialcircles.Intheevaluationofthesuperscalarout-of-orderprocessors’performance,thesteadystatep