Ölü bloklara dayalı veri ön belleği güvenirliğinin artırılması

Abstract

Enerji yüklü parçacık çarpmasına bağlı olan soft errorlar güvenirli sistem için ciddi bir endişe oluşturmaktadır. Bu güvenirlilik endişesi, teknoloji ve sızıntı enerji kontrol mekanizmaları geliştikçe artmaktadır. Önbellekler, günümüzde işlemci çip yüzeyinin en geniş alanını kapladığından, CPU'nun diğer bileşenleri ile kıyaslandığında soft errorlara karşı daha bozulabilirdirler.Bu çalışma, güvenilir veri önbelleği tasarlama problemine parite ve ECC temelli koruma teknikleri gibi performanstan ve alandan fazla kayıp vermeden çözüm sunmaktadır. Parite yöntemi basit ve hızlı olmasına rağmen tek sayılı hataları sezebilir ama düzeltemez. Diğer bir taraftan, ECC teknikleri karmaşık ve daha fazla zaman harcamaktadır. Ancak bu teknikler hataların bir kısmını düzeltebilmektedir. Bizim tekniğimiz, aktif kullanımda ki verilerin kopyalarını, verisi yakın zamanda kullanılmayacak önbellek satırları içinde depolayarak veri önbelleği güvenirliliğini geliştirmektedir. Kopyalar hakkındaki bilgi gölge önbellek adı verilen küçük ve tam çağrışımlı bir önbellekte tutulur. Kopyaları kullanarak soft errorların düzeltilmesi veri güvenirliliğini artırmaktadır. Kopyaları potansiyel ölü bloklarda sakladığımızdan gölge önbellek için fazladan çip alanı ihtiyacı ile performans kaybı önemsenmeyecek kadar azdır. Deneysel sonuçlarımız gösteriyor ki, bizim tekniğimiz daha önce önerilen benzer teknikler ile kıyaslandığında, modern Superscalar makinelerde performanstan önemsenmeyecek bir kayıpla L1 veri önbelleği güvenirliliğini geliştirmede daha verimlidir.Anahtar sözcükler: Soft error, önbellek güvenirliliği, gölge önbellek, kopyalama.

Soft errors due to energetic particle strikes are a big concern for systems to run in a reliable manner. This reliability concern have been more serious with technology scaling and aggressive leakage control mechanisms. Since cache memories consumes the largest fraction of on-chip real estate, they are more vulnerable to soft errors, as compared to many other components. This thesis proposes a solution to the problem of designing a reliable data cache without trading reliability for performance and area, which is a typical characteristic of conventional ECC and parity based protection techniques. Although parity is simple and fast, it can detect only odd numbered errors without correcting any of them. On the other hand, ECC techniques are more complex and time-consuming, and have the capability by storing the replica(s) of data items in active use into cache lines which hold data not likely to be reused. The bookkeeping information about replicas is maintained in a small fully associative cache called shadow cache. By exploiting the replicas to correct the soft errors enhances the data reliability. Since we keep the replicas in potentially dead blocks, the performance loss is negligible with a little extra chip area requirement for the shadow cache. Our experimental results indicate that our technique, compared to the previous similar techniques, is more effective for enhancing the L1 data cache reliability in modern Superscalar machines with only negligible degradation in performance.Keywords : soft error, cache reliability, shadow cache, replica