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优质期刊推荐基于MLC NVM的写能耗优化策略研究与设计--《山东大学》2017年硕士论文
基于MLC NVM的写能耗优化策略研究与设计
【摘要】：随着集成电路集成度的不断增加、工艺尺寸的不断微缩,静态功耗已经成为制约CMOS存储器技术发展的主要瓶颈。这一问题在动态随机存储器(DRAM)以及静态随机存储器(SRAM)上都十分突出。DRAM需要刷新操作来保持数据,所以其静态功耗占到整个DRAM功耗的40%以上。对于SRAM存储单元,如果想将数据持续保存在存储单元内,就需要持续对存储单元供电。非易失性存储器(NVM),是其中一种作为解决传统存储技术所遇到的技术瓶颈而研究的新型存储技术,它的主要特点就是断电后数据依然可以保存在存储单元内。主流的非易失存储技术有相变存储器(PCM)和自旋转移矩磁存储器(STT-MRAM)等,它们具有高存储密度,高可靠性,非易失性等特点。而且PCM有着与DRAM相近的存取延迟,其在未来有可能代替DRAM成为主存储器;STT-MRAM有着略高于SRAM的存取延迟,近年来针对STT-MRAM的各项研究主要集中在其作为片上末级缓存的研究。多级单元(MLC)就是在一个单元格中存储一个以上的bit,一般指存储两个。相较单级单元(SLC),MLC可以有更高的存储密度。MLCNVM与SLC NVM在物理结构上并无本质区别,同样也几乎没有静态能耗,但是,却有着更高的动态能耗。本文针对MLC NVM动态写能耗过高的问题进行的优化。对于MLC PCM以及MLC STT-MRAM,翻转左位的平均能耗要比不翻转左位的平均能耗高很多,另外,写中间状态'01'与'10'的平均能耗要高于写'00'与'11'的平均能耗。本文在已有的编码策略——状态重映射策略的基础上,进一步针对MLC PCM以及MLC STT-MRAM在写能耗方面的特性,对每次写入存储器中的数据进行分析,改进获得状态重映射方式的算法,从而获得更优的能耗优化结果。该策略通过统计每种状态转换的数量,并对每种状态转换赋予能耗权值,计算不同的状态重映射后数据的写入能耗与原始数据的写入能耗之间的差距,从中选取出能耗最优的重映射方式。通过试验对比,我们发现,在MLCPCM的能耗模型下,本文策略相较基准写策略可以减少平均约6.17%的写能耗,在MLCSTT-MRAM能耗模型下,可以减少平均约12.17%的写能耗。
【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2017【分类号】：TP333【目录】：
摘要8-10ABSTRACT10-12第1章 绪论12-17 1.1 背景介绍12-13 1.2 研究现状13-16
1.2.1 基于PCM的非易失性主存研究14-15
1.2.2 基于STT-MRAM的非易失性片上缓存研究15-16 1.3 研究意义16 1.4 论文组织结构16-17第2章 相关介绍17-27 2.1 相变存储器17-22
2.1.1 单级单元相变存储器17-18
2.1.2 多级单元相变存储器18-19
2.1.3 多级单元相变存储器的读写19-21
2.1.4 多级单元相变存储器的能耗模型21-22 2.2 自旋转移矩磁存储器22-26
2.2.1 单级单元自旋转移矩磁存储器23
2.2.2 多级单元自旋转移矩磁存储器23-24
2.2.3 多级单元自旋转移矩磁存储器的读写24-25
2.2.4 多级单元自旋转移矩磁存储器的能耗模型25-26 2.3 小结26-27第3章 状态重映射策略27-37 3.1 动态状态重映射27-28 3.2 静态状态重映射28 3.3 动态状态重映射编解码算法28-29 3.4 获取Mapping Type算法29-32 3.5 实例分析32-33 3.6 硬件实现33-35 3.7 小结35-37第4章 实验数据37-45 4.1 实验设置37-38 4.2 MLC PCM能耗模型下的实验结果38-40
4.2.1 写能耗38-39
4.2.2 写次数统计39-40 4.3 MLC STT-MRAM能耗模型下的实验结果40-42
4.3.1 写能耗40-41
4.3.2 写次数统计41-42 4.4 改变Cache容量以及Cache line宽度对本文策略的影响42-44
4.4.1 改变Cache line宽度42-43
4.4.2 写次Cache容量43-44 4.5 小结44-45第5章 总结与展望45-47 5.1 总结45-46 5.2 展望46-47参考文献47-52致谢52-53攻读学位期间发表的主要学术论文53-54学位论文评阅及答辩情况表54
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