Blocs nuls dans la hiérarchie mémoire
Résumé
The memory hierarchy undergoes a growing pressure. This pressure has been due to the increasing frequency of the processors. However, now that the frequency stays around 3 GHz, the number of execution cores and thus the number of processes running simultaneously are increasing. The growing number of requests handled by the memory hierarchy leads to bandwidth saturation. This study shows that the memory hierarchy is often used to transport null data blocks. These trivial value blocks are particularly numerous in the last level cache and in the main memory. We propose in this thesis to use the Zero-Content Augmented Cache, a cache specialized in the management of these null blocks. It consists of a traditional cache and a cache dedicated to null blocks. This proposal allows increasing overall system performance and significantly reducing memory bandwidth usage. In this document, we also propose the Decoupled Zero-Compressed Memory, a compressed memory architecture also using the null blocks. This compressed memory can store a working-set greater than the size of the physical memory, and thus significantly reduce the number of accesses to the mass storage devices.
La hiérarchie mémoire subit une pression qui ne cesse de croître. Cette pression a eu pour origine la montée en fréquence des processeurs. Cependant, maintenant que la fréquence stagne autour de 3 GHz, le nombre de cœurs d'exécution et donc le nombre de processus s'exécutant simultanément augmentent à leur tour. La hiérarchie mémoire subit alors un nombre croissant de requêtes, conduisant à la saturation de sa bande passante. Les travaux présentés dans cette thèse montrent que la hiérarchie mémoire est souvent utilisée pour transporter des blocs de données totalement nuls. Ces blocs de valeur triviale se trouvent particulièrement nombreux au dernier niveau de cache et au niveau de la mémoire principale. Nous proposons dans ce document d'utiliser un cache spécialisé dans la gestion de ces blocs nuls, le Zero-Content Augmented Cache. Ce dernier est composé d'un cache traditionnel et d'un cache dédié aux blocs nuls. Cette proposition permet à la fois d'augmenter les performances globales du système et de réduire significativement la bande passante mémoire utilisée. Dans ce document, nous proposons également une architecture de mémoire compressée utilisant la présence de blocs nuls, la Decoupled Zero-Compressed Memory. Cette mémoire permet de stocker un working-set plus grand que la taille de la mémoire physique, et donc de réduire significativement le nombre d'accès aux périphériques de stockage de masse.