[發(fā)明專利]利用片上溫差降低STT-MRAM功耗的緩存設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410072362.1
• 申請(qǐng)日: 2014-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN103810119B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 成元慶;郭瑋;趙巍勝;張有光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F12/0893
• 分類號(hào): G06F12/0893;G11C11/16
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

1.一種利用三維集成電路片上溫差降低STT-RAM功耗的緩存設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：修改緩存控制器設(shè)計(jì)；通過修改Cache控制器，加入考慮溫度分布的地址重映射機(jī)制，降低STT-MRAM的寫入能耗和寫入時(shí)間，利用溫度仿真結(jié)果或片上溫度傳感器反饋，修改Bank映射地址，按照不同的優(yōu)先級(jí)將數(shù)據(jù)按照Bank溫度由高到低的順序依次放置；數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級(jí)按照如下規(guī)則確定：需要頻繁寫入的Cache塊優(yōu)先放入溫度較高的Bank中，而無需頻繁寫入的Cache塊放入溫度較低的Bank中；為此需要提出一種檢測(cè)機(jī)制判斷哪些數(shù)據(jù)塊是需要被頻繁寫入的；

步驟二：將溫差等級(jí)離散化，將Cache?Bank按照溫度的不同劃分成若干區(qū)域，對(duì)不同的區(qū)域采用不同的電流寫入；對(duì)處于不同溫度區(qū)域的Cache?Bank按照寫入時(shí)間差進(jìn)行合理分級(jí)；如果對(duì)于Cache?Bank的溫度分級(jí)過細(xì)，盡管寫入能耗和寫入時(shí)間在更細(xì)的粒度上得到控制，但相應(yīng)的硬件開銷也會(huì)隨著分級(jí)的增加而不斷增大；需要結(jié)合各種不同應(yīng)用程序的特性確定分級(jí)的級(jí)數(shù)，使得能以最小的硬件開銷得到最大的能耗降低和性能提升；

步驟三：修改STT-RAM讀寫電路，根據(jù)Bank溫度的差異選擇不同的寫入電流強(qiáng)度和寫入脈沖寬度；片上不同區(qū)域溫度傳感器的數(shù)值反饋給讀寫電路控制器，由讀寫電路控制器根據(jù)溫度數(shù)值從步驟二中規(guī)定的溫度分級(jí)中得到當(dāng)前溫度所屬的級(jí)別；由此，確定該Bank的寫入脈沖寬度和寫入電流強(qiáng)度；

步驟四：設(shè)計(jì)緩沖機(jī)制，平衡數(shù)據(jù)遷移過程中由于源Bank與目的Bank的溫度差異導(dǎo)致遷移速度不匹配的問題，避免在數(shù)據(jù)遷移過程中由于源Bank和目的Bank寫性能的差異造成數(shù)據(jù)遷移的性能下降；緩沖的容量設(shè)置應(yīng)能夠根據(jù)實(shí)際溫差大小和具體的溫差等級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整；如果緩沖設(shè)置過深，會(huì)導(dǎo)致緩沖器功耗增大，有可能抵消掉由利用溫差帶來的寫功耗的降低；反之，可能由于數(shù)據(jù)遷移速度過慢，阻塞處理器核對(duì)所需數(shù)據(jù)的寫入并大量占用寶貴的存儲(chǔ)帶寬，形成性能瓶頸。