複合型メインメモリのための次世代型メモリ管理方式の創出

创建下一代复合主存储器的存储器管理方法

基本信息

批准号：
19K20232
负责人：
佐藤雅之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

次世代のメモリシステムとして，高バンド幅積層メモリモジュールと大容量外部メモリモジュールを併用した複合型メインメモリが注目されている．一方で，複合型メインメモリでは，2つのモジュールに分けて保存されるデータをアプリケーションの実行状況に合わせてどう管理するかが性能向上や低消費電力化への課題となる．このことから，複合型メインメモリが将来主流になることを見据え，高効率なデータ管理方式を実現することを目的とし，研究を遂行してきた．本年度は高性能なメモリ管理機構についてより詳細な設計と評価を行った．特に，メインメモリのための低オーバーヘッドメモリ管理戦略の方式について詳細な検討を行った．メインメモリではメタデータを管理するための保持コストを抑制する一方で，メタデータへのアクセスを起因とする実行時のオーバーヘッドを削減する必要がある．そこで，近年の高性能なマイクロプロセッサに例外なく含まれるベクトル演算ユニットを活用し，メタデータ取得のための実行時オーバーヘッドを削減する手法の確立に取り組んだ．この取り組みで注目している間接メモリアクセスは，真に必要なデータを取得するために相対位置の把握とアドレス変換に必要なメタデータを必要とする．間接メモリアクセスではアクセスパターンが一定しないため，全てのロードされるべき要素においてメタデータに基づくアドレス変換を行う必要がある．しかし，そのメタデータをアクセスするための機構へのアクセスへの負荷が高くなる．そこで，本機構は，次世代高性能計算基盤が元来内部に持つベクトル演算機構を応用し，間接メモリアクセス間のページアドレスの重複を検知することにより，変換回数を削減する．本機構により，メモリアクセスのためのメタデータによる実行時オーバーヘッドの削減が可能となり，複合型メモリシステムの性能向上を低いハードウェアコストで実現できることを明らかにした．

复合主存储器结合了高带宽堆叠存储器模块和大容量外部存储器模块，作为下一代存储器系统而备受关注。另一方面，对于复合主存，提高性能和降低功耗的挑战是如何根据应用程序的执行状态来管理存储在两个模块中的数据。为此，我们一直在进行研究，旨在实现一种高效的数据管理方法，预计复合主存储器将成为未来的主流。今年，我们对高性能内存管理机制进行了更详细的设计和评估。特别是，我们对主内存的低开销内存管理策略进行了详细的研究。在主存中，需要抑制管理元数据的持有成本，同时减少访问元数据带来的运行时开销。因此，我们致力于建立一种方法，通过利用所有现代高性能微处理器中包含的向量运算单元来减少获取元数据的运行时开销。间接内存访问是这项工作的重点，需要理解相对位置和转换地址所需的元数据，以便获得真正必要的数据。由于间接内存访问中的访问模式不是恒定的，因此需要基于元数据对所有要加载的元素执行地址转换。然而，访问该元数据的机制的负载增加。因此，该机制通过应用下一代高性能计算平台固有的向量运算机制并检测间接内存访问之间的页面地址重复来减少转换次数。我们证明，这种机制可以减少由于内存访问元数据而导致的运行时开销，并且可以以较低的硬件成本提高复杂内存系统的性能。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

An Energy-aware Dynamic Data Allocation Mechanism for Many-Channel Memory Systems

多通道存储系统的能量感知动态数据分配机制

DOI：
10.14529/jsfi190401
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masayuki Sato; Takuya Toyoshima; Hikaru Takayashiki; Ryusuke Egawa; Hiroaki Kobayashi
通讯作者：
Hiroaki Kobayashi

A Metadata Prefetching Mechanism for Hybrid Memory Architectures

混合内存架构的元数据预取机制