中國高通量計算機的自主研發(fā)之路
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標(biāo)簽化體系結(jié)構(gòu)
為了在高吞吐、低延遲的同時還能實現(xiàn)高利用率，我們提出了標(biāo)簽化馮?·?諾依曼體系結(jié)構(gòu)（Labeled von Neumann Architecture，LvNA；圖?1）。LvNA?的主要思想，是在經(jīng)典馮?·?諾依曼體系結(jié)構(gòu)之上增加一套基于標(biāo)簽機制的可編程接口，使得總線與共享硬件部件支持“DIP”能力，即?D—區(qū)分（Distinguishing）、I—隔離（Isolation）、P—優(yōu)先化（Prioritizing），從而降低計算機系統(tǒng)內(nèi)部因資源競爭造成的干擾。
圖 1 標(biāo)簽化馮 ·諾依曼體系結(jié)構(gòu)
D屬性標(biāo)簽機制。在?LvNA?中，標(biāo)簽將依附于所有的數(shù)據(jù)訪問請求中，用于標(biāo)識該請求來源于哪一個應(yīng)用（或應(yīng)用類別），并隨著數(shù)據(jù)訪問請求一同在整個計算機系統(tǒng)中傳播。這樣，總線和共享硬件部件就可以通過檢查數(shù)據(jù)訪問請求的標(biāo)簽來對不同應(yīng)用（或應(yīng)用類別）的請求進行區(qū)分，從而支持區(qū)分屬性（D?屬性）。
I屬性標(biāo)簽機制。總線和共享硬件部件可以在對數(shù)據(jù)訪問請求進行來源區(qū)分的基礎(chǔ)上，對請求所訪問的空間資源（如緩存、內(nèi)存地址空間等）進行隔離，減緩或消除因為空間資源的共享沖突帶來的干擾，從而支持隔離屬性（I?屬性）。
P屬性標(biāo)簽機制。總線和共享硬件部件可以在對數(shù)據(jù)訪問請求進行來源區(qū)分的基礎(chǔ)上，對請求所使用的性能資源（如隊列、帶寬等）進行優(yōu)先化，減緩或消除因為性能資源的共享沖突帶來的干擾，從而支持優(yōu)先化屬性（P?屬性）。
基于上述標(biāo)簽機制，控制邏輯按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，以標(biāo)簽為依據(jù)對相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問請求實施不同的性能調(diào)控策略。這些性能調(diào)控策略是軟件可編程的，并且可以做到比傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的性能調(diào)控更為細粒度，從而對延遲敏感型應(yīng)用會有更優(yōu)的性能調(diào)控效果。
LvNA?對硬件的增強并不改動現(xiàn)有指令的語義，因此對軟件系統(tǒng)沒有侵入性，可以做到無須修改操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。此外，LvNA?不依賴于處理器流水線結(jié)構(gòu)的改動，因而可以適用于任意處理器。