Page 102 - 《软件学报》2020年第9期

软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn
Journal of Software,2020,31(9):2723−2740 [doi: 10.13328/j.cnki.jos.005941] http://www.jos.org.cn
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面向多读/写头磁畴壁存储器的优化研究

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许 瑞 , 谷守珍 , 沙行勉 , 诸葛晴凤 , 石 亮 , 高思远 2
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(上海市高可信计算重点实验室(华东师范大学),上海 200062)
2 (华东师范大学 计算机科学与技术学院,上海 200062)
通讯作者: 谷守珍, E-mail: szgu@sei.ecnu.edu.cn

摘 要: 当前,大数据及人工智能技术向嵌入式系统发展,对嵌入式系统的存储访问能力提出了更高的要求.磁畴
壁存储器凭借其高读写速度、高密度以及低功耗等优点,可以用于嵌入式系统,以满足数据密集型应用对访问速度、
容量及能耗的需求.但是磁畴壁存储器在进行数据访问之前需要进行移动操作,这将极大影响其存储访问性能.而减
少移动操作可以有效提升磁畴壁存储器的性能.面向运行数据密集型应用的多读/写头磁畴壁存储器系统,研究减少
移动操作的最优指令调度与数据放置技术.首先提出了可获得最小移动次数的整数线性规划(integer linear
programming,简称 ILP)模型.由于 ILP 模型不能在多项式时间内求得最优解,所以提出了多项式时间的启发式算法
——生成指令调度和数据放置(generation instruction scheduling and data placement,简称 GISDP)算法.实验结果表
明,ILP 模型和 GISDP 算法可以有效减少移动操作的次数.在配备 8 个读/写头的磁畴壁存储器上,GISDP 算法生成的
指令调度与数据放置方案相较其他算法可以平均减少 89.7%的移动操作,并且 GISDP 算法的结果接近 ILP 模型的
最优解.
关键词: 磁畴壁存储器;数据密集型应用;指令调度;数据放置;移动操作
中图法分类号: TP333

中文引用格式: 许瑞,谷守珍,沙行勉,诸葛晴凤,石亮,高思远.面向多读/写头磁畴壁存储器的优化研究.软件学报,2020,31(9):
2723−2740. http://www.jos.org.cn/1000-9825/5941.htm
英文引用格式: Xu R, Gu SZ, Sha EHM, Zhuge QF, Shi L, Gao SY. Optimization of multi-port domain wall memory. Ruan Jian
Xue Bao/Journal of Software, 2020,31(9):2723−2740 (in Chinese). http://www.jos.org.cn/1000-9825/5941.htm
Optimization of Multi-port Domain Wall Memory

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XU Rui , GU Shou-Zhen , Edwin H-M Sha , ZHUGE Qing-Feng , SHI Liang , GAO Si-Yuan 2
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(Shanghai Key Laboratory of Trustworthy Computing (East China Normal University), Shanghai 200062, China)
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(School of Computer Science and Technology, East China Normal University, Shanghai 200062, China)
Abstract: Nowadays, it has become a trend that embedded systems are designed for big data and artificial intelligence applications,
which demand the large capacity and high access performance of memory. Domain wall memory (DWM) is a novel non-volatile memory
with high access performance, high density, and low power consumption. Thus, for data-intensive applications specific embedded systems,
DWM can meet the requirements of access speed, capacity, and power consumption. However, before accessing data on DWM, data in
nanowires need to be shifted to align them with read/write port, which is called shift operation. Numerous shift operations take most of
time and generate much quantity of heat when accessing data on DWM. It will decrease the access speed of DWM and system

∗ 基金项目: 国家自然科学基金(61702187, 61602180, 61972154, 61772092); 上海市扬帆计划(17YF1404400)
Foundation item: National Natural Science Foundation of China (61702187, 61602180, 61972154, 61772092); Shanghai Sailing
Program (17YF1404400)
本文由“智能嵌入式系统”专题特约编辑王泉教授、吴中海教授、陈仪香教授、苗启广教授推荐.
收稿时间: 2019-07-01; 修改时间: 2019-08-18; 采用时间: 2019-11-02; jos 在线出版时间: 2020-01-13
CNKI 网络优先出版: 2020-01-14 11:27:01, http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2560.TP.20200114.1126.023.html