To enable hard real-time systems to take advantage of multicore processors, it is crucial to obtain the worst-case execution time (WCET) for programs running on multicore processors. However, this is challenging and complicated due to the inter-thread interferences from the shared resources in a multicore processor. Recent research used the combined cache conflict graph (CCCG) to model and compute the worst-case inter-thread interferences on a shared L2 cache in a multicore processor, which is called the CCCG-based approach in this paper. Although it can compute the WCET safely and accurately, its computational complexity is exponential and prohibitive for a large number of cores. In this paper, we propose three counter-based approaches to significantly reduce the complexity of the multicore WCET analysis, while achieving absolute safety with tightness close to the CCCG-based approach. The basic counter-based approach simply counts the worst-case number of cache line blocks mapped to a cache set of a shared L2 cache from all the concurrent threads, and compares it with the associativity of the cache set to compute the worst-case cache behavior. The enhanced counter-based approach uses techniques to enhance the accuracy of calculating the counters. The hybrid counter-based approach combines the enhanced counter-based approach and the CCCG-based approach to further improve the tightness of analysis without significantly increasing the complexity. Our experiments on a 4-core processor indicate that the enhanced counter-based approach overestimates the WCET by 14% on average compared to the CCCG-based approach, while its averaged running time is less than 1/380 that of the CCCG-based approach. The hybrid approach reduces the overestimation to only 2.65%, while its running time is less than 1/150 that of the CCCG-based approach on average.
The modern software technology toward modularization has changed the cache accessing behavior dramatically. Many modern operating systems are also departing from the past monolithic structure toward the highly modularized structure referred to as microkernel. Microkernel-based operating systems are more portable and extensible, but are likely to have worse performance. This paper quantitatively analyzes the effect of microkernel structure on cache memory to identify the primary factor for its performance degradation. Through the experiment performed on a Intel Pentium Pro processor platform, we found that the microkernel structure suffers from remarkably higher misses for L1, L2 cache and TLB than the monolithic one does. We also found that the performance of a microkernel is more dependent on the efficiency of cache memory than IPC. Finally, we found that these results come from the effect of frequent context switches mainly caused by the structural feature of a microkernel.
Do, Cong Thuan;Son, Dong Oh;Kim, Jong Myon;Kim, Cheol Hong
Journal of KIISE
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v.41
no.11
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pp.871-877
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2014
Cache replacement algorithms have been developed in order to reduce miss counts. In modern processors, the performance gap between the processor and main memory has been increasing, creating a more important role for cache replacement policies. The Least Recently Used (LRU) policy is one of the most common policies used in modern processors. However, recent research has shown that the performance gap between the LRU and the theoretical optimal replacement algorithm (OPT) is large. Although LRU replacement has been proven to be adequate over and over again, the OPT/LRU performance gap is continuously widening as the cache associativity becomes large. In this study, we observed that there is a potential chance to improve cache performance based on existing LRU mechanisms. We propose a method that enhances the performance of the LRU replacement algorithm based on the access proportion among the lines in a cache set during a period of two successive replacement actions that make the final replacement action. Our experimental results reveals that the proposed method reduced the average miss rate of the baseline 512KB L2 cache by 15 percent when compared to conventional LRU. In addition, the performance of the processor that applied our proposed cache replacement policy improved by 4.7 percent over LRU, on average.
Lee Ig-hoon;Kim Hyun Chul;Hur Jae Yung;Lee Snag-goo;Shim JunHo;Chang Juho
Journal of KIISE:Databases
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v.32
no.1
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pp.12-23
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2005
In the past decade, advances in speed of commodity CPUs have iu out-paced advances in memory latency Main-memory access is therefore increasingly a performance bottleneck for many computer applications, including database systems. To reduce memory access latency, cache memory incorporated in the memory subsystem. but cache memories can reduce the memory latency only when the requested data is found in the cache. This mainly depends on the memory access pattern of the application. At this point, previous research has shown that B+ trees perform much faster than T-trees because B+ trees are more cache conscious than T-trees, and also proposed 'Cache Sensitive B+trees' (CSB. trees) that are more cache conscious than B+trees. The goal of this paper is to make T-trees be cache conscious as CSB-trees. We propose a new index structure called a 'Cache Sensitive T-trees (CST-trees)'. We implemented CST-trees and compared performance of CST-trees with performance of other index structures.
While graphics processing units (GPUs) can be used to improve the performance of real-time embedded applications that require high throughput, it is challenging to estimate the worst-case execution time (WCET) of GPU programs, because modern GPUs are designed for improving the average-case performance rather than time predictability. In this paper, a reordering framework is proposed to regulate the access to the GPU data cache, which helps to improve the accuracy of the estimation of GPU L1 data cache miss rate with low performance overhead. Also, with the improved cache miss rate estimation, tighter WCET estimations can be achieved for GPU programs.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.10C
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pp.798-804
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2008
This paper proposes a low-power circuit for detecting and correcting L2 cache errors during microprocessor data image processing. A simplescalar-ARM is used to analyze input and output data by accessing the microprocessor's L2 cache during image processing in terms of the data input and output frequency as well as the variation of each bit for 32-bit processing. The circuit is implemented based on an H-matrix capable of achieving low power consumption by extracting bits with small and large amounts of variation and allocating bits with similarities in variation. Simulation is performed using H-spice to compare power consumption of the proposed circuit to the odd-weight-column code used in a conventional microprocessor. The experimental results indicated that the proposed circuit reduced power consumption by 17% compared to the odd-weight-column code.
The Journal of Korean Institute of Next Generation Computing
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v.13
no.3
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pp.72-83
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2017
GPUs can provide high throughput with latency hiding by executing many warps in parallel. MSHR(Miss Status Holding Registers) for L1 data cache tracks cache miss requests until required data is serviced from lower level memory. In recent GPUs, excessive requests for cache resources cause underutilization problem of GPU resources due to cache resource reservation fails. In this paper, we propose a new warp scheduling technique to reduce stall cycles under MSHR resource shortage. Cache miss rates for each warp is predicted based on the observation that each warp shows similar cache miss rates for long period. The warps showing low miss rates or computation-intensive warps are given high priority to be issued when MSHR is full status. Our proposal improves GPU performance by utilizing cache resource more efficiently based on cache miss rate prediction and monitoring the MSHR entries. According to our experimental results, reservation fail cycles can be reduced by 25.7% and IPC is increased by 6.2% with the proposed scheduling technique compared to loose round robin scheduler.
Kim Cheol Hong;Shim Sunghoon;Jhon Chu Shik;Jhang Seong Tae
Journal of KIISE:Computer Systems and Theory
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v.32
no.11_12
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pp.663-674
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2005
We propose a system aimed at achieving high energy-delay efficiency by using adaptive victim caches. Particularly, we investigate methods to improve the hit rates in the first level of memory hierarchy, which reduces the number of accesses to mort power consuming memory structures such as L2 cache. Victim cache is a memory element for reducing conflict misses in a direct-mapped L1 cache. We present two techniques to fill the victim cache with the blocks that have higher probability to be re-reqeusted by processor. Hit-based victim cache ks tilled with the blocks which were referenced frequently by processor. Replacement-based victim cache is filled with the blocks which were evicted from the sets where block replacements had happened frequently According to our simulations, replacement-based victim cache scheme outperforms the conventional victim cache scheme about $2\%$ on average and refutes the power consumption by up to $8\%$.
Park, Jae-Won;Chung, Won-Young;Kim, Hyun-Pil;Lee, Jung-Hee;Lee, Yong-Surk
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.1B
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pp.80-85
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2011
The mount of network traffic from the Internet is increasing because of the use of Broadband Convergence Networks(BcN). Network traffic is also increasing because of the development of application, especially multimedia traffic from IPTV, VOD, and online games. This multimedia traffic not only has a huge payload but also should be considered a threat in real time. For this reason, this study examines the ways that routers distribute the bandwidth in accordance to traffic properties. To classify the property of the traffic, it is essential to analyze the application layer. However, the general network processor architecture serially processes the L2-4 and L7 layer. We propose a novel parallel network processor architecture with a global cache that processes L2-4 and L7 in parallel. To verify the proposed architecture, we simulated both of the architecture with SystemC. EEMBC and SNORT was used to measure L2-4 and L7 processing time. When multimedia traffic was entered into the network processor in the same flow, the proposed architecture showed about 85% higher performance than general architecture.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2007.05a
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pp.24-27
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2007
주기억 색인 기법인 Tmr-트리가 R-트리에 비해서 삽입시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 본 논문은 L2 캐시를 최대한 활용하여 기존 Tmr-트리의 장점을 가지는 새로운 CSTmr-트리(Cache Sensitive Tmr-트리)구조를 제안하고, 이 구조에 삽입, 삭제 등의 알고리즘을 제안하였다. 제안한 구조와 알고리즘을 다른 인덱스 구조와 비교하여 CSTmr-트리의 우수성을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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