31、低功耗可重构计算技术：从多核处理器到新兴范式

低功耗可重构计算技术：从多核处理器到新兴范式

1. 可重构多核服务器处理器线程映射与迁移

为充分利用可重构系统的能力，操作系统需要精心安排线程到核心的映射和迁移。系统会有一系列性能约束，操作系统会采用启发式映射和迁移方案来优化系统功耗。以下是操作系统需要考虑的几个决策方面：

1.1 大数据缓存需求

同一集群内的核心共享L1缓存空间，可能导致线程间的数据冲突。为避免影响整体运行时间，操作系统需检测竞争线程并将其迁移到不同集群。可以将大数据缓存需求的线程与小缓存需求的线程放在一起，或放在启用核心较少的集群，以减轻缓存压力。
检测方法：使用性能计数器跟踪特定线程导致的不同线程数据缓存驱逐次数。在每个缓存行使用2位开销来区分最初获取该缓存行的核心。当发生驱逐时，如果核心不是最初获取数据的核心，则为导致驱逐的核心增加计数器。操作系统读取这些计数器，可大致了解特定线程对同一集群中其他线程的负面影响，从而决定是否迁移线程。

1.2 共享指令流/数据

某些情况下，线程可能运行相同的指令流（如SIMD）或操作相同的共享数据。此时，操作系统将这些线程映射到同一集群有益处：
- 减少基于集群的缓存行驱逐。
- 避免多核心修改数据时的数据移动成本。
- 线程相互作为预取器，减少系统延迟。
检测方法：在每个缓存行添加2位字段记录获取该缓存行的核心，使用10个计数器跟踪共享缓存行的核心对。若缓存行被不同核心读取，相应计数器增加。操作系统可据此了解集群中当前调度线程的共享情况。对于不在同一集群但适合放在一起的线程，需在一致性协议基础上设计更复杂的检测方案。

1.3 生产者/消费者通信模式