片上eDRAM性能評價函數(shù)簇研究
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高密度的嵌入式DRAM （embedded DRAM，eDARM）的集成技術(shù)研究是當(dāng)前的一個熱點(diǎn)。從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，在對eDRAM的研究上，關(guān)于工藝和可測性的研究多于系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究，并且對基于eDRAM的存儲結(jié)構(gòu)的研究大多偏重于實(shí)現(xiàn)；性能研究通常采用定性的方法，針對單個參數(shù)進(jìn)行分析，定量研究不足。另外，當(dāng)前的SOC設(shè)計(jì)中，通常存儲單元有多個控制器，如何優(yōu)化不同控制器的存儲器訪問請求也是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題。而以上問題正是本研究的出發(fā)點(diǎn)和研究重點(diǎn)。
eDRAM可復(fù)用設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者在考慮eDRAM的應(yīng)用場合、存儲器大小、頁長、數(shù)據(jù)字寬、響應(yīng)模式、時鐘頻率和存儲器組織后，采用合適的 eDRAM核和適當(dāng)?shù)募煞椒?。這需要eDRAM的性能評估模型，也需要合適的嵌入式存儲器接口和控制器。因此，本項(xiàng)目針對基于eDRAM的SOC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和可復(fù)用的eDRAM的集成技術(shù)進(jìn)行研究，提出一個eDRAM的性能評估模型，研究開發(fā)一個多主控單元的
eDRAM控制器。研究中的關(guān)鍵問題如下：
a.不同應(yīng)用條件下測試基準(zhǔn)的選擇和功耗模型分析。
不同的應(yīng)用需要選取合適的測試基準(zhǔn)，測試基準(zhǔn)需要代表此種應(yīng)用的典型特性，測試基準(zhǔn)的參量如何設(shè)置將影響到針對某種應(yīng)用所建立的評價函數(shù)是否準(zhǔn)確。另一方面，由于過去主要是對基于SRAM的高速緩存進(jìn)行功耗分析，不考慮DRAM的功耗（這是因?yàn)槠釪RAM的功耗相比于DRAM的連線功耗很小），因此eDRAM的功耗分析是難點(diǎn)之一。
b.如何定量評估eDRAM的各項(xiàng)參數(shù)對存儲系統(tǒng)的影響的問題。
本研究中存儲體個數(shù)、行寬、列寬、刷新率等均為有限離散的變量，在測試基準(zhǔn)給定的條件下可以快速的測量和計(jì)算所需的性能函數(shù)的值。在建立了評價函數(shù)簇模型后只需進(jìn)行搜索或利用經(jīng)驗(yàn)公式就可以找出所需的方案。
另一方面，關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能測試方法的研究也已經(jīng)相當(dāng)深入，對嵌入式處理器的研究提供了很多有參考價值的研究思路和可以利用的軟件，如EEMBC（Embedded Microprocessor Benchmark Consortium）的嵌入處理器測試的性能評分程序、仿真軟件SimpleScalar等，并且Foundry可以提供精確的、完全經(jīng)過驗(yàn)證的eDRAM模型，這些都為本項(xiàng)目研究提供了良好的基礎(chǔ)。
2 eDRAM的各項(xiàng)參數(shù)對基于eDRAM的存儲器系統(tǒng)的性能影響
研究工作將主要圍繞兩個方面展開：一個方面是研究基于eDRAM的存儲器系統(tǒng)性能評估模型，為基于eDRAM的SOC設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)；另一方面是研究在多主控單元情況下eDRAM控制器的仲裁機(jī)制以優(yōu)化其性能。
a. 讀/寫數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，即數(shù)據(jù)量大小。
b. 讀所占的百分比。
c. 連續(xù)請求所占的百分比。
d. 同時發(fā)出讀寫請求的進(jìn)程數(shù)。
本論文的研究內(nèi)容是根據(jù)典型應(yīng)用產(chǎn)生測試基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上定量的分析上述各項(xiàng)參數(shù)對存儲器性能的影響，提出一個定量評估基于eDRAM的存儲器的性能模型。性能評價函數(shù)簇，如圖1所示，包括L（訪問延遲）函數(shù)，P（功耗）函數(shù)，A（面積）函數(shù)和Y（良率）函數(shù)。利用此模型在知道系統(tǒng)性能要求的情況下，可以求出滿足系統(tǒng)性能要求的最佳的參數(shù)值，或是多種滿足條件的備選方案。
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