19、HMC与DDR性能权衡及多核系统缓存资源管理

HMC与DDR性能权衡及多核系统缓存资源管理

在计算机系统中，内存子系统一直是影响性能的关键因素。随着技术的发展，新的内存架构不断涌现，同时多核系统的资源管理也变得愈发重要。本文将探讨HMC（Hybrid Memory Cube）和DDR（Double Data Rate）内存的性能权衡，以及多核系统中缓存内存资源的管理方法。

1. HMC与DDR性能对比

在多线程环境下，每个线程倾向于在不同的地址范围内工作，多线程产生的请求会增加内存压力，从而更好地利用多个HMC存储库。实验表明，内存压力较低的应用程序无法从不同的内存架构中受益。例如，低端系统中性能极低的处理器可能无法从HMC内存中获益。同样，具有高空间局部性的流式应用程序更受益于DDR的行缓冲区大小。而对于处理能力较高的系统，在执行多线程或多程序工作负载时，HMC可能更具优势，因为这些工作负载可以产生足够的内存压力且空间局部性较低。

不同研究对HMC的性能进行了评估：
- 有研究验证了HMC内存可实现的最大带宽，通过使用HMC - Sim模拟器，改变HMC配置并与16核x86处理器结合进行实验，但仅基于HMC规范版本1.0，其理论最大带宽为通过256个内存库达到160 GB/s。
- Fujitsu XIfx将8个HMC内存与一组SPARC64处理器结合使用，结果显示采用HMC内存替代DDR 3内存后，处理器性能平均提高了3.5倍，大大减少了主内存瓶颈，显著扩展了处理器性能。

由于HMC - Sim仅能对HMC内存进行周期精确模拟，无法模拟缓存层次结构、互连和处理器，因此选择适配SiNUCA内存模型以支持HMC，这样可以模拟整个系统，并与其他模拟器的结果进行比较。之前的研究主要集中在高