Schlaueres Caching bringt mehr Prozessorleistung

Prozessor: Cache ist effizienter nutzbar <br>(Foto: Bernd Deschauer, pixelio.de)<br>

Eine schlauere Nutzung des in Multicore-Prozessoren verbauten Cache-Speichers kann gleichzeitig die Leistung steigern und den Energiebedarf reduzieren, so Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der University of Connecticut.

Die Informatiker haben in aktuellen Arbeiten zwei unterschiedliche Ansätze entwickelt, die jeweils mit zusätzlichen Schaltkreisen die Arbeit des Chips überwachen und den Prozessor-Cache besser verwalten. Dadurch sinken Ausführungszeiten und Stromverbrauch. Das Team will nun beide Methoden in einem Chipdesign vereinen.

Veränderte Cache-Nutzung
In modernen Multicore-Chips sind üblicherweise private Speicherbänke für jeden Kern ebenso verbaut wie der sogenannte „Last-Level-Cache“ (LLC). Auf diese über den Chip verteilten Speichereinheiten hat jede Recheneinheit Zugriff. Eine diese Woche im Rahmen des 20. IEEE International Symposium on High Performance Computer Architecture http://hpca20.ece.ufl.edu präsentierte Arbeit setzt nun darauf, den LLC nicht als eine große Speicherbank, sondern quasi als Erweiterung des privaten Speichers zu behandeln.

Dieser Ansatz ist speziell dann nützlich, wenn zwei Kerne die gleichen Daten nutzen, aber nur selten Informationen austauschen. Normalerweise müssen die Recheneinheiten die Daten von den gleichen, willkürlich über den Chip verteilten Speicherbereichen beziehen, was wertvolle Zugriffszeit kostet. Der neue Trick ist, für jeden Kern eine eigene Kopie in einem physisch nahegelegenen LLC-Bereich abzulegen. Dadurch geht der Datenzugriff schneller, die Performance wird besser. Laut den Forschern sinken Ausführungszeiten und Energieverbrauch im Schnitt um sechs beziehungsweise 13 Prozent.

Zwei Tricks, ein Chip
Noch mehr bringt ein bereits im Vorjahr erstmals präsentierter Ansatz, um den Cache effektiver zu nutzen, wenn ein Kern lange mit einem gleichbleibenden Datensatz arbeitet. Wenn die Datenmenge mehr Speicherplatz benötigt als der private Cache bietet, kommt es dann normalerweise zu einem ständigen Datenaustausch mit dem LLC (Swapping). Beim neuen Hardwaredesign dagegen bleibt ein Teil der Daten im privaten Cache, der Rest fix in einem Teil des LLC. Das unterbindet unnötiges Swapping. Den Informatikern nach reduziert der Trick Ausführungszeiten im Schnitt um 15 Prozent und spart ein Viertel der Energie ein.

Beide Methoden zur effektiveren Cache-Nutzung müssen allerdings beobachten, was im Chip passiert, um zu beurteilen, wann und wo Daten sinnvoll im LLC abgelegt werden müssen. Das erfordert in beiden Fällen Schaltkreise, die etwa fünf Prozent der LLC-Fläche ausmachen. Doch ist das aufgrund fortschreitender Miniaturisierung längst kein so wichtiger Faktor wie die Reduktion unnötiger Datentransfers, so George Kurian, Informatik-Doktorand am MIT. Er arbeitet mit seinen Kollegen nun daran, die jeweils erforderlichen Monitoring-Schaltkreise beider Methoden so zu integrieren, dass ein Chip effektiv beide Tricks nutzen kann.

Media Contact

Thomas Pichler pressetext.redaktion

Weitere Informationen:

http://web.mit.edu http://uconn.edu

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie

Neuerungen und Entwicklungen auf den Gebieten der Informations- und Datenverarbeitung sowie der dafür benötigten Hardware finden Sie hier zusammengefasst.

Unter anderem erhalten Sie Informationen aus den Teilbereichen: IT-Dienstleistungen, IT-Architektur, IT-Management und Telekommunikation.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Im Roboterlabor zu nachhaltigem Treibstoff

Dank einer neuen automatisierten Forschungsinfrastruktur können Chemiker:innen an der ETH Zürich Katalysatoren schneller entwickeln. Künstliche Intelligenz hilft ihnen dabei. Als erstes Demonstrationsprojekt suchten die Forschenden nach besseren Katalysatoren zur Herstellung…

Perowskit-Solarzellen: Vakuumverfahren kann zur Marktreife führen

Weltweit arbeiten Forschung und Industrie an der Kommerzialisierung der Perowskit-Photovoltaik. In den meisten Forschungslaboren stehen lösungsmittelbasierte Herstellungsverfahren im Fokus, da diese vielseitig und einfach anzuwenden sind. Etablierte Photovoltaikfirmen setzen heute…

Von der Kunst, die reale Welt in Zahlen abzubilden

Mathematiker der Uni Ulm entwickeln „Digitale Zwillinge“. Sie schlagen eine Brücke zwischen der physischen und der digitalen Welt: sogenannte „Digitale Zwillinge“. Das sind virtuelle Modelle von Objekten, aber auch von…

Partner & Förderer