[发明专利]基于集群系统的计算机体系结构方案并行模拟优选方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机系统模拟方法，特别是以集群并行计算机系统为宿主机，对计算机体系结构的不同配置方案进行并行模拟评估，以便对计算机体系结构设计方案进行优选的方法。

背景技术

在计算机系统的研制过程中，通常需要对计算机体系结构的各种配置情况进行评估，使得在技术与成本限制下获得最优的设计方案。例如，片上多处理器系统(CMP)的片上处理器核的数目及互连结构、处理器上高速缓存(Cache)大小、块大小和相联性等重要参数都有一定的可能范围，参数取值不同可能导致性能的很大变化，需要综合考虑这些参数的值，才能获得好的设计结果。又例如，计算机系统内部互连网络的拓扑结构可有多种方案，不同方案在性能特征方面存在很大差别。随着计算机体系结构的迅速发展，影响性能的因素越来越多，设计空间(全部配置选项的所有可能的组合情况)日益增大。对体系结构设计人员来说，如何评估巨大的设计空间中的各个配置方案，获得最优的选择是重要问题。

计算机体系结构模拟软件(以下简称模拟器)在上述计算机体系结构设计过程中具有广泛用途。模拟器一般具有可配置、可复用的能力，可以对所模拟的计算机系统的各项体系结构参数或方案选项进行配置，在现有的计算机(宿主机)上模拟运行真实基准测试程序或自动生成的工作负载(以下统称为Benchmark程序)，获得目标系统采用该配置方案时的性能数据，为体系结构设计决策提供参考。基于模拟器对计算机体系结构进行评估已成为高性能计算机系统或关键器件研制周期中的重要环节，设计人员广泛使用模拟器来评价体系结构创新或改进的效果。例如，IBM公司在其PowerPC和Cell处理器研发中一直采用Mambo模拟器进行验证和评估，在其BlueGene系列超级计算机研制中采用BigSimulator来研究超级并行计算机系统的性能特性。AMD公司在其微处理器研制中也基于SimNow模拟器进行验证。Intel公司在内部使用一些专门的模拟器如XTREM、Simics等进行设计验证。国内中科院计算所在基于龙芯CPU的片上多核体系结构研究中也基于SimOS-Goodson来进行测试验证(高翔等，基于龙芯CPU的多核全系统模拟器SimOS-Goodson，软件学报，2007)。一些学者指出，为保持计算机系统的创新研究，模拟技术的能力必须实现新的跨越，为此他们专门向美国NSF呼吁增加对模拟器技术的支持(Kevin Skadron等，Challenges in Computer Architecture Evaluation，IEEE Computer，2003)。