HiPi 버스를 사용한 멀티프로세서 시스템에서 캐쉬 코히어런스 프로토콜의 성능 평가에 관한 연구

A Study on the Performance Analysis of Cache Coherence Protocols in a Multiprocessor System Using HiPi Bus

본 논문에서는 pended 프로토콜을 가지는 HiPi버스와 다중 캐쉬 메모리를 사용하는 멀티프로세서 시스템을 기술하고, 캐쉬 코히어런스 프로토콜에 따라 프로세서의 효율 측면에서 시스템의 성능을 평가하였다. HiPi 버스는 ETRI에서 개발된 행정전산망용 주전산기인 TICOMII의 공유 버스로 사용되기 위하여 개발되었다. HiPi버스는 고속의 데이타 전송 능력을 가지고 있으나, 캐쉬 간의 데이타 전송을 허용하지 못하는 단점을 가지고 있다. 캐쉬 간의 데이타 전송이 전체 시스템의 성능에 미치는 영향을 측정하고, HiPi버스에 적합한 캐쉬 코히어런스 프로토콜을 선택하기 위하여 두가지 시뮬레이션을 실시하였다. 첫째, HiPi 버스를 사용하는 멀티프로세서 시스템에 다양한 캐쉬 코히어런스 프로토콜을 적용하고 시뮬레이션을 통하여 프로세서 효율에 따른 성능 분석을 실시하였다. 각각으니 프로토콜은 상태 천이도록 나타내었으며, Markov정적 상태도를 이용하여 각 상태의 확률 갑을 구하였다. 각 상태의 확률은 시뮬레이션에서 입력 값으로 사용되었고, 모델링과 시뮬레이션은 SLAMII심볼과 언어를 사용하였다. 둘째, 캐쉬 간의 데이타 전송을 갖는 HiPi버스를 제안하였고, 제안된 HiPi버스를 사용하는 멀티프로세서 시스템에 다양한 캐쉬 코히어런스 프로토콜을 적용하고 시뮬레이션을 통하여 프로세서 효율에 따른 성능 분석을 실시하였다. 고려된 캐쉬 코히어런스 프로토콜은 Write-through, Write-once, Berkely, Synapse. Illinois, Firefly, Dragon이다.

In this paper, we describe a multiprocessor system using the HiPi bus with pended protocol and multiple cache memories, and evalute the performance of the multiprocessor system in terms of processor utilization for various cache coherence protocols. The HiPi bus is delveloped as the shared bus of TICOM II which is a main computer system to establish a nation-wide computing network in ETRI. The HiPi bus has high data transfer rate, but it doesn't allow cache-to-cache transfer. In order to evaluate the effect of cache-to-cache transfer upon the performance of system and to choose a best-performed protocol for HiPi bus, we simulate as follows: First, we analyze the performance of multiprocessor system with HiPi bus in terms of processor utilizatIOn through simulation. Each of cache coherence protocol is described by state transition diagram, and then the probability of each state is calculated by Markov steady state. The calculated probability of each state is used as input parameters of simulation, and modeling and simulation are implemented and performed by using SLAM II graphic symbols and language. Second, we propose the HiPi bus which supports cache-to-cache transfer, and analyze the performance of multiprocessor system with proposed HiPi bus in terms of processor utilization through simulation. Considered cache coherence protocols for the simulation are Write-through, Write-once, Berkely, Synapse, Illinois, Firefly, and Dragon.