一种基于dvfs技术的多核系统内混合内存上数据迁移的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混合内存领域，尤其涉及一种基于DVFS技术的多核系统内混合内存 上数据迀移的方法。
【背景技术】
[0002] 动态电压频率调整（DynamicVoltageFrequencyScaling，DVFS)是一种芯片节 能技术，即根据芯片所运行的应用程序对计算能力的不同需要，动态调节芯片的运行频率 和电压，从而降低功耗。一般情况下，对同一块芯片，频率越高，需要的电压也越高。降低频 率可以降低功耗，但是单纯的降低频率并不能节省功耗，因为对于一个给定的任务，F*t(频 率与时间的乘积）是一个常量，只有在降低频率的同时降低电压，才能真正的的降低功耗。 目前很多芯片都支持DVFS，因为能够节省大量功耗，DVFS技术已经得到了广泛的应用，特 别是在便携式设备中。
[0003] 随着内存（DRAM)容量越来越大，DRAM功耗占系统功耗的比重也越来越高，特别是 在服务器领域。因此逐渐产生了混合式内存，它是由动态随机存取存储器（DRAM)和新型存 储器（NCM)组成，如图1所示。在高负载时，系统将数据存储在DRAM中；在低负载时，将数 据迀移至NCM中，这是因为低负载时混合内存的10吞吐量下降，NCM能够满足系统的数据请 求速率且不影响其性能。现有技术中，有一种基于DVFS技术的多核处理器系统的混合式内 存上的数据迀移方法，核心思想是：（1)当某处理器核的工作电压小于或等于或/和工作频 率小于或等于时（P、q均为大于1的实数，￥_和F_为该处理器核的最高工作电压和工作 频率），该处理器核所需处理的数据应当从混合式内存中的DRAM区迀移至NCM中；(2)当某 处理器核的工作电压大于或/和工作频率大于时，该处理器核所需处理的应用数据应当从 混合式内存中的NCM区迀移到DRAM区中。这种技术方法有个明显的缺点，就是一旦系统工 作条件满足（1)或者（2)，混合式内存中就会发生数据迀移。在某些应用场合下，系统会在 不同的工作电压和频率之间频繁切换，这就会导致混合式内存中的数据会在NCM和DRAM中 来回频繁转移，不仅不能够降低系统功耗，还会增加系统混合内存中数据迀移的功耗开销， 整个系统性能和稳定性也会因为数据迀移而降低。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本申请记载了一种基于DVFS技术的多核系统内混合内存上数据 迀移的方法，当任一处理器核Px的数据位于动态随机存取存储器中且所述处理器核？,的工 作条件满足第一迀移条件时，经时间A!\后，将所述数据从所述动态随机存取存储器迀移 至新型存储器中；
[0005] 当任一处理器核Px的所述数据位于所述新型存储器中且所述处理器核Px的工作 条件满足第二迀移条件时，经时间后AT2，将所述数据从所述新型存储器迀移至所述动态 随机存取存储器；
[0006] 其中，所述多核系统共有η个处理器核，n>0,Px表示第x个处理器核，0 <x彡n，ATJPΔΤ2*实数；当任一处理器核？,满足第一迀移条件且经时间 EDRAM-ENQ1，Ei代表所述数据从所述动态随机存取存储器迀移至所述新型存储器所需 的能耗，匕代表所述数据从所述新型存储器迀移至所述动态随机存取存储器所需的能耗， ED_代表ATi时间内所述数据在所述动态随机存取存储器中的运行能耗；E_为ΔTi时间 内所述数据在所述新型存储器中的运行能耗。
[0007] 较佳的，每个处理器核都有独立的工作电压和工作频率，所述第一迀移条件为任 一处理器核Px的工作电压为
[0008] 其中，VWOTk代表所述处理器核Px的工作电压，V_代表所述多核处理器系统的最高 工作电压，P为大于1的实数；Fw"k代表所述处理器核Px的工作频率，F_代表所述多核处 理器系统的最高工作频率，q为大于1的实数。
[0009] 较佳的，，所述第二迀移条件为所述处理器核Px的工作电压范围为
[0010] 较佳的，当所述数据位于所述新型存储器中且关闭所述处理器核匕时，保持所述
数据位于所述新型存储器中。
[0011] 较佳的，在AI\时间内，当所述处理器核Px的工作电压VWOTk提升至
，保持所述数据位于所述动态随机存取存储器中。
[0012] 较佳的，所述混合内存包括易失性的所述动态随机存取存储器和非易失性的所述 新型存储器。
[0013] 较佳的，△T2由所述数据在所述新型存储器中造成的系统性能开销以及所述数据 在混合内存中进行迀移所造成的系统性能开销共同决定。
[0014] 上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提出了一种基于DVFS技术的多 核处理器系统的混合内存数据迀移方法，设置一迀移临界时间值AΤ，当在某一时刻Τ当某 处理器核的工作条件满足混合内存上数据进行迀移的条件时，在AT时间内，不进行混合 内存内的数据迀移，所谓混合内存内的数据迀移即数据从混合内存中的NCM中迀移至DRAM 中或数据从DRAM中迀移至NCM中。ΔT时间后，如果继续满足T时刻混合内存上数据进行 的迀移条件，那么再进行混合内存中的数据迀移，否则不进行数据迀移。由迀移临界时间值 AT决定的混合内存上数据迀移的方法能够最大限度的降低数据频繁迀移所带来的能耗开 销和性能开销，避免了短时间段内数据频繁在混合内存中的迀移，提高系统的稳定性和性 能。
【附图说明】
[0015] 参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和 阐述，并不构成对本发明范围的限制。
[0016] 图1为现有技术中混合式内存结构示意图；
[0017] 图2为现有技术中多核处理器与混合内存结构示意图；
[0018]图3为本发明一种基于DVFS技术的多核系统内混合内存上数据迀移的方法的流 程图；
[0019] 图4为本发明一种基于DVFS技术的多核系统内混合内存上数据迀移的方法中客 户应用程序结构示意图；
[0020]图5为本发明一种基于DVFS技术的多核系统内混合内存上数据迀移的方法的具 体应用示意图。
【具体实施方式】
[0021 ] -种基于DVFS技术的多核系统内混合内存上数据迀移的方法，在多核系统中，每 个处理器核都有独立的工作电压和工作频率，且处理器核中混合内存包括易失性的所述动 态随机存取存储器和非易失性的所述新型存储器。当任一处理器核Px的数据位于所述新 型存储器中且该处理器核Px的工作电压和/或工作频率降低并满足第一迀移条件时，且经 过一段时间A!\后，将数据从动态随机存储器迀移至新型存储器中。
[0022] 具体来说，在这个过程中，处理器核Px的工作电压和/或工作频率必须低于特定
值，即所述第一迀移条件为 Λ?\后，EdE2彡EDRAM-E_，此时，才需要将数据从动态随机存储器迀移至新型存储器中。
[0023] 当处理器Px所需处理的数据位于所述新型存储器中，所述处理器核Px的工作电压 和/或工作频率升高至特定范围（满足第二迀移条件）并经过时间△'后，将所述数据迀 移至所述动态随机存取存储器中。其中，ΑΤ2?所述数据在所述新型存储器中造成的系统 性能开销以及所述数据在混合内存中进行迀移所造成的系统性能开销共同决定。
[0024] 具体来说，在这个过程中，处理器匕的工作电压和/或工作频率必须在必须升高
至特定范围，即所述第二迀移条件为：工作电压￥_,的范围为
，且经过时间Δ1~2后，此时，才需要将数据从新型存储器迀移至所 述动态随机存储器。
[0025] 其中，所述多核处理器系统共有η个处理器核，η>0, Ρχ表示第X个处理器核，0 <X彡n，VWOTk代表所述处理器核Ρχ的工作电压，V_代表所述多核处理器系统的最高工作 电压，Ρ为大于1的实数；FWOTk代表所述处理器核Ρχ的工作频率，F_代表所述多核处理器 系统的最高工作频率，q为大于1的实数；Α?\为实数。Ei为所述数据从所述动态随机存取 存储器迀移至所述新型存储器所需的迀移功耗；E2为所述数据从所述新型存储器迀移至所 述动态随机存取存储器所需的迀移功耗；EDRAM为ATjt间内所述数据在所述动态随机存取 存储器中的运行能耗；Ε_为ΔΤ#寸间内所述数据在所述新型存储器中的运行能耗。
[0026] 其中，当所述数据位于动态随机存取存储器中，任一处理器核匕的工作电压和/
[0027] 当所述数据位于所述新型存储器中且关闭所述处理器核匕时，保持所述数据位于 所述新型存储器中。
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明基于DVFS技术的多核系统内混合内存上数 据迀移的方法进行详细说明。
[0029] 实施例一
[0030] 本发明基于DVFS技术的多核处理器系统，提出一种混合内存上数据进行迀移方 法，假设系统中有η〇!>〇)个处理器核，分别为PyPi，……，Pnl，如图2所示，每个核都有独 立的工作电压和工作频率。假设多核处理器的最高工作电压为V_，最高工作频率为F_。 混合内存由传统的动态随机存取存储器（DRAM)和新型非易失性存储器构成。新型非易失 性存储器可以是相变随机存取存储器（PCRAM)，磁随机存取存储器（MRAM)，铁电随机存取 存储器（FeRAM)，可变电阻随机存取存储器（ReRAM)或闪存（Flash)等。本发明这种混合 内存的迀移方法具体如图3所示：设置一迀移临界时间值△T，当在某一时刻T，当处理器核 Ρχ(0彡X彡n-1)的工作条件满足混合内存上数据进行迀移条件时，在ΔΤ时间内，不进行 混合内存的数据迀移，AT时间后，如果继续满足T时刻混合内存上数据进行迀移条件，那 么再进行混合内存中的数据迀移，否则不进行数据迀移。迀移临界时间值AT的确定是特 定客户使