Previous buffer cache schemes for continuous media file system only exploited the sequentiality of continuous media accesses and didn't consider looping references. However, in some video applications like foreign language learning, users mark the scene as loop area and then application automatically playbacks the scene several times. In this paper, we propose a novel buffer cache scheme for continuous media file system that sequential and looping references exist together. Proposed scheme increases the cache hit ratio by detecting reference pattern of files and appling an appropriate replacement policy to each file.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.52
no.10
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pp.82-94
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2015
In this paper, we propose hardware prefetch mechanism with an efficient cache replacement policy by giving priority to the trigger block in which a spatial region and producing a spatial region by using the displacement field. It could be taken into account the sequence of the program since a history is based on the trigger block of history record, and it could be quickly prefetching the instructions or data address by adding a stored value to the trigger address and displacement field since a history is stored as a displacement value. Also, we proposed a method of replacing at random by the cache replacement policy from the low priority block when the cache area is full after giving priority to the trigger block. We analyzed using the memory simulator program gem5 and PARSEC benchmark to assess the performance of the hardware prefetcher. As a result, compared to the existing hardware prefecture to generate the spatial region using a bit vector, L1 data cache miss rate was reduced about 44.5% on average and an average of 26.1% of L1 instruction misses occur. In addition, IPC (Instruction Per Cycle) showed an improvement of about 23.7% on average.
The Journal of Korean Institute of Next Generation Computing
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v.14
no.5
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pp.40-52
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2018
Solid state drive (SSD) cache technologies that are used as a second-tier cache between the main memory and hard disk drive (HDD) have been widely studied. The SSD cache requires a new prefetching scheme as well as cache replacement algorithms. This paper presents a prefetching scheme for a storage-class cache using SSD. This prefetching scheme is designed for the storage-class cache and based on a long-term scheduling in contrast to the short-term prefetching in the main memory. Traditional prefetching algorithms just consider only read, but the presented prefetching scheme considers both read and write. An experimental evaluation shows 2.3% to 17.8% of hit rate with a 64GB of SSD and the 4GiB of prefetching size using an I/O trace of 14 days. The proposed prefetching scheme showed significant improvement of cache hit rate and can be easily implemented in storage-class cache systems.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.27
no.7
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pp.9-16
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2022
Today, with the advent of the 4th industrial revolution, IoT (Internet of Things) systems are advancing rapidly. For this reason, a various application with high-performance and large-capacity are emerging. Therefore, there is a need for low-power and high-performance memory for computing systems with these applications. In this paper, we propose an effective structure for the L1 cache memory, which consumes the most energy in the computing system. The proposed cache system is largely composed of two parts, the L1 main cache and the buffer cache. The main cache is 2 banks, and each bank consists of a 2-way set association. When the L1 cache hits, the data is copied into buffer cache according to the proposed algorithm. According to simulation, the proposed L1 cache system improved the performance of energy delay products by about 65% compared to the existing 4-way set associative cache memory.
Due to the physical characteristics of NAND flash memory, overwrite operations are not permitted at the same location, and therefore erase operations are required prior to rewriting. These extra operations cause performance degradation of NAND flash memory file system. Since it also has an upper limit to the number of erase operations for a specific location, frequent erases should reduce the lifetime of NAND flash memory. These problems can be resolved by delaying write operations in order to improve I/O performance: however, it will lower the cache hit ratio. This paper proposes a policy of page management using double cache for NAND flash memory file system. Double cache consists of Real cache and Ghost cache to analyze page reference patterns. This policy attempts to delay write operations in Ghost cache to maintain the hit ratio in Real cache. It can also improve write performance by reducing the search time for dirty pages, since Ghost cache consists of Dirty and Clean list. We find that the hit ratio and I/O performance of our policy are improved by 20.57% and 20.59% in average, respectively, when comparing them with the existing policies. The number of write operations is also reduced by 30.75% in average, compared with of the existing policies.
Flash memory has many advantages like non-volatility and fast I/O speed, but it has also disadvantages such as not-in-place-update data and asymmetric read/write/erase speed. For the performance of flash memory storage, it is essential for the buffer replacement algorithms to reduce the number of write operations that also affects the number of erase operations. A new buffer replacement algorithm is proposed in this paper, that delays the writes of not-cold-dirty pages in the buffer cache of flash storage. We show that this algorithm effectively decreases the number of write operations and erase operations without much degradation of hit ratio. As a result overall performance of flash I/O speed is improved.
The importance of load-to-use latency has been highlighted as state-of-the-art computing cores adopt deep pipelines and high clock frequencies. The cascaded cache was recently proposed to reduce the access cycle of the L1 cache by utilizing differences in latencies among banks of the cache structure. However, this study assumes the cache is comprised of SRAM, making it unsuitable for direct application to non-volatile memory-based systems. This paper proposes a novel mechanism and structure for lowering dynamic energy consumption. It inserts monitoring logic to keep track of swap operations and write counts. If the ratio of swap operations to total write counts surpasses a set threshold, the cache controller skips the swap of cache blocks, which leads to reducing write operations. To validate this approach, experiments are conducted on the non-volatile memory-based cascaded cache. The results show a reduction in write operations by an average of 16.7% with a negligible increase in latencies.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.48
no.4
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pp.1-8
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2011
Traditional transactional memory systems are no longer able to guarantee the performance of diverse applications with overflowed transactions since there is the drawback that tracking the data for logging is difficult. Especially, this mechanism has a disadvantage of increasing communication delay for sustaining the state which is required to detect the conflict on the overflowed transactions from the first level cache in the transactional memory systems. To address this point, we have focused on the cache architecture of the systems to reduce the overhead caused by overflows and cache misses. In this paper, we present Supportive Cache which reduces additional overhead during transactions. Supportive Cache performs a parallel look-up with L1 private cache and uses the same replacement policy as L1 private cache. We evaluate the performance of the proposed design by comparing LogTM-SE with and without Supportive Cache. The simulation results show that our system improves the performance by 37% on average, compared to the original LogTM-SE which uses the same hardware resource.
Park, Jong-Min;Kim, Seok-Man;Oh, Myeong-Hoon;Cho, Kyoung-Rok
The Journal of the Korea Contents Association
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v.10
no.6
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pp.72-79
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2010
In this paper, we propose the data cache architecture with a write buffer for a 32bit asynchronous embedded processor. The data cache consists of CAM and data memory. It accelerates data up lood cycle between the processor and the main memory that improves processor performance. The proposed data cache has 8 KB cache memory. The cache uses the 4-way set associative mapping with line size of 4 words (16 bytes) and pseudo LRU replacement algorithm for data replacement in the memory. Dirty register and write buffer is used for write policy of the cache. The designed data cache is synthesized to a gate level design using $0.13-{\mu}m$ process. Its average hit rate is 94%. And the system performance has been improved by 46.53%. The proposed data cache with write buffer is very suitable for a 32-bit asynchronous processor.
This paper measured a proper ratio of the size of demand fetch cache $L_1$ to that of prefetch cache $L_P$ by imulation when the size of $L_1$ and $L_P$ are constant which organize space-limited level 1 cache of a single microprocessor chip. The analysis of our experiment showed that in the condition of the sum of the size of $L_1$ and $L_P$ are 16 KB, the level 1 cache organization by constituting $L_P$ with 4 KB and employing OBL and FIFO as a prefetch technique and a cache replacement policy respectively resulted in the best performance. Also, this analysis showed that in the condition of the sum of the size of $L_1$ and $L_P$ are over 32 KB, employing dynamic filtering as prefetch technique of $L_P$ are more advantageous and splitting level 1 cache by constituting $L_1$ with 28 KB and $L_P$ with 4 KB in the case of 32 KB of space are available, by constituting $L_1$ with 48 KB and $L_P$ with 16 KB in the case of 64 KB elicited the best performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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