Uh Bong Yong;Ju Young Kwan;Cheon Joong Nam;Kim Suk Il
Journal of KIISE:Computer Systems and Theory
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v.32
no.11_12
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pp.608-616
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2005
A cache architecture is proposed here which evokes prefetch at level 1 cache miss. Existing structures only prefetch at level 2 cache miss. In the proposed cache architecture, level 1 cache miss would select demand fetch block and prefetch block from the level 2 cache and store to level 1 cache and prefetch cache, respectively. According to an experimental analysis using 11 benchmark programs, the hierarchical cache architecture that employs both a level 1 cache prefetcher and a level 2 cache prefetcher obtained a maximum $19\%$ increased performance when compared to the cache architecture that employs only a level 2 cache prefetcher.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2004.10a
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pp.562-564
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2004
캐시 선인출 기법은 메모리 참조에 따른 지연시간을 줄이는 효과적인 방법이다. 그러나 너무 적극적인 선인출은 캐시 오염을 유발시켜 선인출에 의한 장점을 상쇄시킨다. 본 연구에서는 캐시의 오염을 줄이기 위해 동적으로 필터 테이블을 참조하여 선인출 명령을 수행할 지의 여부를 결정하는 4가지 필터링 방법들을 비교 평가한다. 비교 연구를 위한 이상적인 필터링 구조를 제안하였으며, 기존 연구에서의 잠김 현상을 개선하기 위한 이진 상태 구조를 제안하였다. 또한, 정교한 필터링을 위한 블록주소 참조 방식을 제안하였다. 일반적으로 많이 사용되는 일반 벤치마크 프로그램과 멀티미디어 벤치마크 프로그램들에 대하여 실험한 결과, 캐시 미스율이 이진 상태 구조는 평균 5.6%, 블록주소 참조 구조는 7.9% 각각 감소하였다.
This paper proposes an L1 cache prefetch scheme using an excessively aggressive hardware prefetcher and a hardware prefetch filter having a small direct-mapped filtering cache. A quantitative analysis method has been introduced and applied to analyze nonideal effects of aggressive cache prefetching. From those analysis results, the structure and algorithm of a prefetch filter has been derived and simulated, and the overall system performance has been measured using a cycle-by-cycle cache simulator. Experimental results show that the proposed scheme improves the overall system performance by 18% on the average over several benchmarks
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.44
no.1
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pp.1-9
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2007
Since data caches used in modern embedded processors consume significant fraction of total processor power up to 40%, embedded processors need power-efficient high performance data caches. This paper proposes a prefetching data cache structure which pursuing low power consumption. We added tag history table on existing data cache structure which includes hardware unit for data prefetching so that reduce the number of parallel lookup on tag memory. This strategic cache structure remarkably reduces power consumption for parallel tag lookup. Experimental results show that the proposed cache architecture induce low power consumption while maintain the same cache performance.
Memory reference instruction caused by cache miss is the critical factor that limits the processing power of processor. Cache prefetching technique is an effective way to reduce the latency due to memory access. However, excessively aggressive prefetch leads to cache pollution and finally to cancel out the advantage of prefetch. In this study, an active prefetch filtering scheme is introduced which dynamically decides whether to commence prefetching after referring a filtering table to reduce the cache pollution due to unnecessary prefetches. For the precision filtering, an evicted address referencing scheme has been proposed where the filter directly compares the current prefetch address with previous unnecessary prefetch addresses stored in filtering table. Moreover, a small sized exclusive prefetch cache has been introduced to increase the amount of eviction of unnecessarily prefetched addresses to enhance the accuracy of dynamic filtering. The exclusive prefetch cache also prevents useful demand data from being pushed out by prefetched data, while the evicted address direct referencing scheme enables the prefetch cache to keep most of useful prefetch data within its small size. Experimental results from commonly used general and multimedia benchmarks show that the average cache miss ratio has been decreased by $13.3{\%}$ by virtue of enhanced filtering accuracy compared with conventional schemes.
Uptime of embedded processors for mobile devices are dependent on battery consumption. Especially the large portion of power consumption is known to be due to cache management in embedded processors. This paper proposes an energy efficient data cache structure for high performance embedded processors. High performance prefetching data cache issues prefetching instructions before issuing demand-fetch instructions based on reference predictions. These prefetching instruction bring reduction on memory delay by improving cache hit ratio, but on the other hand those increase energy consumption in proportion to the number of prefetching instructions. In this paper, we adopt tag history table on prefetching data cache for reducing energy consumption by minimizing parallel tag comparison. Experimental results show the proposed data cache improves performance on energy consumption as well as memory delay.
In case of a multimedia application which deals with streaming data, in terms of cache management, cache loses its efficiency due to weak temporal locality of the data. This means that when data have been brought into cache, much of the data are supposed to be replaced without being accessed again during its service. However, there is a good chance that such multimedia data has a commanding locality in it. In this paper, to take advantage of the memory reference regularity which typically innates even in the multimedia data showing up its weak temporal locality, a method is suggested. The suggested method with the feature of dynamic regular-stride reference prefetching can identify for 2-dimensional array format(block pattern). The suggested method is named as block-reference-prediction-technique (BRPT) since it identifies a block pattern and place an address to be prefetched by the regulation of the block format. BRPT proved to be reassuring to reduce memory reference time significantly for applications having abundant block patterns although new rule has complicated the prefetching system even further.
The prefetching technique is an effective way to reduce the latency caused memory access. However, excessively aggressive prefetch not only leads to cache pollution so as to cancel out the benefits of prefetch but also increase bus traffic leading to overall performance degradation. In this thesis, a prefetch filtering scheme is proposed which dynamically decides whether to commence prefetching by referring a filtering table to reduce the cache pollution due to unnecessary prefetches In this thesis, First, prefetch hashing table 1bitSC filtering scheme(PHT1bSC) has been shown to analyze the lock problem of the conventional scheme, this scheme such as conventional scheme used to be N:1 mapping, but it has the two state to 1bit value of each entries. A complete block address table filtering scheme(CBAT) has been introduced to be used as a reference for the comparative study. A prefetch block address lookup table scheme(PBALT) has been proposed as the main idea of this paper which exhibits the most exact filtering performance. This scheme has a length of the table the same as the PHT1bSC scheme, the contents of each entry have the fields the same as CBAT scheme recently, never referenced data block address has been 1:1 mapping a entry of the filter table. On commonly used prefetch schemes and general benchmarks and multimedia programs simulates change cache parameters. The PBALT scheme compared with no filtering has shown enhanced the greatest 22%, the cache miss ratio has been decreased by 7.9% by virtue of enhanced filtering accuracy compared with conventional PHT2bSC. The MADT of the proposed PBALT scheme has been decreased by 6.1% compared with conventional schemes to reduce the total execution time.
This paper measured a proper ratio of the size of demand fetch cache $L_1$ to that of prefetch cache $L_P$ by imulation when the size of $L_1$ and $L_P$ are constant which organize space-limited level 1 cache of a single microprocessor chip. The analysis of our experiment showed that in the condition of the sum of the size of $L_1$ and $L_P$ are 16 KB, the level 1 cache organization by constituting $L_P$ with 4 KB and employing OBL and FIFO as a prefetch technique and a cache replacement policy respectively resulted in the best performance. Also, this analysis showed that in the condition of the sum of the size of $L_1$ and $L_P$ are over 32 KB, employing dynamic filtering as prefetch technique of $L_P$ are more advantageous and splitting level 1 cache by constituting $L_1$ with 28 KB and $L_P$ with 4 KB in the case of 32 KB of space are available, by constituting $L_1$ with 48 KB and $L_P$ with 16 KB in the case of 64 KB elicited the best performance.
In this paper, we propose a mediaprocessor of dual-cache architecture which is composed of the multimedia data cache and the general-purpose data cache to prevent performance degradation caused by memory delay. In the proposed processor architecture, multimedia data that are written in subword instructions are loaded in the multimedia data cache and the remaining data are loaded in the general-purpose data cache. Also, Ive use multi-block prefetching scheme that fetches two consecutive data blocks into a cache at a time to exploit the locality of multimedia data. Experimental results on MPEG and JPEG benchmark programs show that the proposed processor architecture results in better performance than the processor equipped with single data cache.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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