一种SRAM辅助新型非易失性缓存的磨损均衡方法

作者：沈凡凡; 何炎祥; 张军; 江南; 李清安; 李建华

来源：计算机学报, 2017, 40(03): 743-756.

• 非易失性存储器
• 缓存
• 磨损均衡
• 耐久性
• 写波动

随着半导体工艺的发展,处理器集成的片上缓存越来越大,传统存储器面临着存储密度低和漏电功耗高等问题日益严峻.近年来,新型非易失性存储技术展现出漏电功耗低、存储密度高和可扩展性强等优点,是最有潜力构建大容量缓存的新技术.然而,非易失性存储器的写操作次数有限,作为缓存将限制其寿命.同时缓存上的写操作是不均匀的,存在缓存组间和组内的写波动,这一访问特点将导致缓存的每部分磨损不均衡,现有的缓存管理策略却不能感知缓存的写波动.为解决这一问题,提出了SRAM辅助新型非易失性缓存的磨损均衡(SRAM-assistEd weAr Leveling,SEAL)方法,该方法包含写波动感知的缓存块迁移算法(Write Variation-aware blOck Migration,WVOM)和阈值指导的缓存块迁移算法(Threshold gUided Block mIgration,TUBI).SEAL方法重点关注写波动大的缓存组和写强度高的缓存单元,着力减少这部分缓存单元的写压力.WVOM感知缓存组间写波动并迁移写强度大的缓存组,用于解决组间磨损均衡问题.TUBI迁移缓存组内写局部性高的缓存块来达到组内磨损均衡.实验结果表明,SEAL方法与基准配置相比,缓存的磨损程度平均减少了34.2%,缓存的平均寿命提升了175%,性能平均提高了0.735%,系统的动态功耗平均降低了5.65%.同时,SEAL方法与最新的研究成果相比,缓存的磨损程度平均减少了13.1%,缓存的平均寿命提升了20%.

• 单位
  武汉大学; 软件工程国家重点实验室; 合肥工业大学