dynamic partitioning of shared cache memory computation

25
CSAIL Massachusetts Institute of Technology Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Ed Suh, Larry Rudolph, Srinivas Devadas Journal of Supercomputing Architecture, 2002, July Computation Structures Group Memo 452 The Stata Center, 32 Vassar Street, Cambridge, Massachusetts 02139 Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory

Upload: tranduong

Post on 13-Feb-2017

231 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

CSAIL Massachusetts Institute of Technology

Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory

Ed Suh, Larry Rudolph, Srinivas Devadas

Journal of SupercomputingArchitecture, 2002, July

Computation Structures Group Memo 452

The Stata Center, 32 Vassar Street, Cambridge, Massachusetts 02139

Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory

Page 2: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation
Page 3: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

������� ��������� � ����� ����� �����

�� �� ��� ������������� � ��� �� ���� ��������� ��� ��������� ��������������������������� ������� �� ��������

��������� ���� ����� �������� ���� � �� ������������ ������� ���������������� ����� ��� ������������� �� ������� � ������� ������������ � ���� ���� �� �������� �� �������� ������ � ����

��� � ����� ������� � ���� ������� � �� ��� ������������ �� ����� ��������� ��� ����� ���� �� ��� � �� ���� ���� ������� � �� ��� ������������ ����������� ����� ��� ������� �� �������� �� �������� � ��� ��������� ������ ������� ��� � ���� ������� ��� ������������ �� ���������� ��� � �� ���������� ��� ����� ��� ������������� �������� ��!�� ��� ����� ���� ��� �� ��� ���� ����� ������ �� �������

��� ������������ � ���� ��� ���� �������� ����� � ��� ����� ��������� �������� ������� ����� "# ������ ��� ������� ���� ���� ��� � ���� �� ������� �������� $ " �����% ���� ���� ��� ������ &'( ����� ����� ���� � $� � ������ ���������������� ������ ��� ����� $ " ���� ������ &'(� ��� ������� ���� ���� ����� � �� ���������� �� � ������� �� ��������� �� � ����� ���� ��������� � ��������� � �� ������

�� ����������

�� ��� ���� ������� ��������������� �� �� �� � �� ������� �� ��� ������������������ ���� ������� ��� ��� ��� ��������������! ��� ���!� � ��� �� "� ��� � ���������� �� �� �� � ���# � ���� �$"%� &'(� ������ ������� �� ����������# ��")� �� �� ���� &*� ++� ,-(� �� ������ ������ ��������� �� ������� ����� ����� �� ��� ����� � ���� �������� ����# + ��� , ������� )��������� ��������# �� ��� � ������������ ������� ����������� ��� ������ �� ��� ����� ���� ����� ����!��� ����� ��� �������� ���� ������ ���� �.� ��� ������� ������������ � ���������� �� ��� ���� �� � �� ��� . ������� � ���# �������� ��� ���� /�� ���0 ��� ����� ���� ��� ����� ������# ��#�������!����� ��� ����� �������� ��� ���� ���# �� �� ����� ������������

"���#��# ����� ����� ����#�� �� ��� � ��������� �� ������� �� ��������� ���� ��� ����� �� ��#� ����#� �� ������� �� ��� � ���!������ ��� ��� ��#� ����#� �� �� � � �� ��� ���1��# ���� �� ������� ������� ��������# ���������� �� ����� �� ��� ���� �� ��� �")������������ ������������ ��#��2���� ����������� �� �%$ ��� � ��� �����1 ���� ���� 2� ���� � ,'*!34 , ������ ����� ����� ���������� ��

� )��������� �� ��� � ���� *��� ���* �� ��������� ���� ��� ��� �� ����� ���������� ����� ��� ����� *��� ���������*�

� +,,+ ������ ������� ���������� ����� ��� �����������

���������� ����� � ���� ���

Page 4: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

,

��� � ���� �� &++(� 5������� �� �� ���� ���� ���1 ���� ���� ���������� ��#�� ��� ���� �������6 �� ������� ���#���� ���� �� ����� ������� ���������# �������� ����� ������� �������� �� "4 ��� ��� �%�$ $%.,--- ��������1� ����2� � ����# ������ "4 ������ &7(�

)��� ����� �������� � � ����� ����� �����������# ������ ���� ��!� ���� � ������ ����� ����� ����#�� ���� ������� ��������# ���!������ ��� ������8� ��� ����� ����� ������� .���# � ��� �� ��! ������������ ��� ������ � ������ ��������� ���� �������9 #��� �� ��� ����:����� ����� � �������� �� ����� �� ��� ������ �� ����� ������� )������� � ������� �� � ������ ����#�� �� ���� ���� ���� ��������� ������ ���� ����� ������ ;�� ����� �� �������� ��� ���� ���� � ��������#������� ���� ���� ������� ���� � ������� ���� ��#� ������� ��� !�� � <�� �����������# ������ ������� ���� ���� ����� ����� ���� ���������� � ��������# �������� ��� � ������ ���� �� ����� ����� �� �������� ��������

<�� ������ �� ��������� �����������# ����#�� ���� ������� ���!������� �� ����������� ����!������ � ������ ����� �����������# ���������� �� �� ��� ������ �������� ��� � �� �� ��� ����� ��������� ��������� �������� ��������� ����� ���� ��� �� ��� ����� ��� �� ��� �#��� ����� ���� ������� <� ��� ����� ����� �� $"%��") � ������ �� ��� ���������� ��� ������ �� ��� ���� ����� �� ������ ��������# ��� ����� � ����� ����� ����� ��������� ��� =���1 ��� �� ����� ��������� ������� ����� ������#� �����������# ������� �� �� ��� ����� ������������������������ �� ��� ��� �� ������ ����������

)�� ����� ��� �� ����������� � ������ ��#������# ��� ��������. ��� ������� �� �� �� ����# �� ��� ������# &>(� �� ��� ��#������. �� �� � ��� ��� ������� ���� 1���� ����1 �� ��� ������ �� ������ ��1� �� ��# �� ���� ������ �������� ��� � ������ � ��� ����� � ��1�� � ������� �� �� ��� ������� � ������� �� �� �� ��� ����� $� ���������# ���������� ��� ����� �� ����� �� ��� �� /�� 0 #���� ���� �?�!�� ����������� ����� ��� � �� ������ )�� ���� ����� �������������������� ���� ��� ����� �� ��� ��#������ . �� �� �

���� ����� ���� �� ����������� ���� ��� ����� �����������# ��� ��#!��2���� ������� ��� ������������ ��� � � � ��%$� ������ �� ��� ����� ���1 ���� %����������# ��� ����� ����#�� ���� ������� ��������� ��������� �:������ ���� ��� ����� �� ��� ��#� ����#� �� �� � ��������� ���1��# ���� ��� ��� ��� ��� �� ���� �� ��� �� � ���� ������� ������� �� ��� ���1��# ����

)��� ����� �� ��#���8�� �� �� ���� �� ������� ,� �� �������� �� �������1� �� ������� @� �� 2��� ���� ��� ������ ����� �����������# ����! �� ��� ��� ���� ���� �� �� ����������� ������ ���� ��� ����������� ��� � �����!� ��1 ������ A� ���� ������ ��� ������ �� ��� ���� ��� ��������!����������� ����� ����� ��� ������� ��� ���������� ����� � �� �������

���������� ����� � ���� ���

Page 5: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

@

>� ������� ' ��� ����� ��� �����������# ������ � ���� ������� ;��� �������� * ���� ���� ��� ������

�� � ��� � ����

������ )���1 ��� A� � &+@( �������#���� ��� ������ � ������� �� ���������� ������� ��� ��������# ��������� ���� ������8�� ��� ����� ����!���� �� � ������ )���� ���� ������� �� ��� �����������# �� �������!���� ��� ���� �������� ����� ��� �� ����#�� �� �� �� �����1��# ���� ���� ����� ���� =������� ��� ����� ���� ��� ������ � ������� �������� � ����� ����� ��� ����!���� ����������� �� ��� ��������# ������������ �=�� �

�� �������� ���1 &+'( �� �������� �� ��� ���� ����� ���� ����� �����1��#� ��� � �� ������� ��� ����� �����������# ���� �� ��� ����!������ � ����� ����� �� ��� ���� � )�� ������=�� �� ��� ���� � �� �� ��#�� �� ���� =����� ������ ���� B��� ����� ���� =������� ��� ��������� ��� ����� ����������� ��� �� �������� � �����������# � ��������� ��������� ����� ��� ���� ������� ��� � ������ ����� 5������� ��������������# ��� ��������� � �� �����# ��� ����!���� ����������� ������ ������� �:! ���� ��� �� ��� ��� �������� ������=��� �� ������������ ����� ����� �� ���!�����

)��C������ ����� ���A� � ��� ��� ����� ���������� �����������# ���� &+@( �� ������� ���1 ����� ���!������ &+D(� )�� ���� ��� ��#�� �����! ����� ������� �� �������� �� �� ��� ���� � ��� ���� ���� ��� ����������)�� � �� �������� ��� ���� ��� �� ��� ��# ��� ���� �� ������������� �� ������������# ��� ����!���� ����������� ���!��������� ����!���� ������������ ��� �������# ��� ���������� )����!������ ���� ��������� @,!"4 ���1 ������ ���� ���� ��� �����������# �������� ��� �� ��������!������ �� ��� ���#� �� +E �� ,E ���� ��� . �� �� � 5������� ��� �� ������� �� ���1 ������ ���� ��� �� !����������� ���� ����� � ��1#���� ���� ������� ��� ������ �� ���� ����� ���1� ��� ���!������������������

����� � ���� � ���� ������� ��!��8��# ������ �� ���� ����# &+� +,�,,(� ? ����#� ��� ����#� ��� ��8� �� ��� ������ ����� ������� �� �������� ��� ����# ������������ )���� ���1� ����� �� ��� ������� �����!��8� ��� ����� � ������# �: � ���� �� ��� ������ .��� �������� ����������� ��� ����� �� ������8� ��� ����# ����������� ��� �� ����������������# &,+(� 5�� ���1 ��� ���� � ������ �� � ����� ��� �������� ������� ���� ��� ������ ��#������� ���������� � �� �� �����������# �������� ��� �����# ��� ������������ � ��� ������ �� ��� ������� �� ��������������#� ? ����#� ����� ��� ���1� ������� �����������# �� ���������� � ��� �� �� �� ������ ����� �� ��� ��� ��� ����� ���������#�

���������� ����� � ���� ��

Page 6: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

>

<�� ���1 �� ��#��2���� ��:����� ���� ����� �� � ����� ���� �� ������� ������8��# ����������� ����������# �� ��� � ��������� ��� ���� ����������� ��� ����� � ������ ����# �������� ���������

�� ��������� ��������

)��� ������� �������� �� ��� ���� ��� ��� �� ����� �����������#� ;������� ��2�� ��� ������ ����� ��������� ���� ������8�� ��� ���� �������� ������ ��� ���� ������� ���������� )� ���� �� � �����������# � #�!������ ���#��� #���� ��� ���������� �� � �� �� ����������# �������� ���� �� ����� ����� ��� � �������� ;��� � �� ������� ��� ��2�� ��� ������ ��������� ���� ��� ���#��� #���� ��� ���� ���������� #����� ? ������ � #������ ��� ��� ���� ���� ��� ���#��� #�������������� �������� �� ����� ����� ��������� �� �������8�� ������������ ���1 &+@(� ��� �������� �� ���� � ���!�������� �

@�+� ������� ��� ������� ����

����� � ��������# ��������� ������# � ����� �� � � ��1� ���� �����!������# �� � ����� � ��1 #���� ���� � ��� ���� �� �� �� ��������� �������� ���� � ���B���� ������� �� ����� � ��1� �� �� �� ������8� �������� ������� ����� �� �� ���������� � �� ��!��������� ��� ����� ���� ����� ���������� ��� ��������� ������� 2��� ���� � ���� ������� � ����� �� ��# ����#� �� ������8� ��� ��!�����������# ����� �� �� ������������ ������ �� ����� � ��1� � ������ �� ��� ��� ������� ���� ��� ����������� ? ����� ��������� �� �����2�� � ��� ������ �� ����� � ��1�� ������ �� ���� �������� ����� ���� ��� ���� ����

��2�� ����� �� ��� ������ �� ����� ������ ��� ��� ��� ������� ����� ���� ������ � �� � �������� �� ��������� ��8� ���� )��� ��� ������ ��������� ��� ��� ������ �� ��� ��� �� ����#�� �� ��� ���� ��� ���� ���� ����������8�� ��� �� ����# ����������F

���� ������ ���� ���� ������ � G��

���

������ �+�

����� ��� ���������� ������

��� �� G �� � �� ��� ���� ������ �� � ��1��� ��� ������

@�,� ������� ���� ����� �������� �����

)� 2�� ��� ������ ��������� ��� �� ���� � #��� ����������� �� ��1���� �� ���#��� #���� �� ���� ��������# �������� )�� ���#��� #��� ��

���������� ����� � ���� ���

Page 7: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

'

0 1 2 3 4 5 6 7

x 104

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

0.24

Cache Blocks

Mis

s−ra

te

����� �� ��� ��������� �� ��� �� � ��� ���� �� � �� ��� ���

� �������� ���� ����� �� ��2��� �� ��� ���������� �� ��� ���� ������������ �� � #���� ����� ����� �6

���� G ����� ����H +�� �,�

)�� ���#��� #��� �� � #���� � ������� ���������� ��� ������ �� ����������� ���� �� ������� � �����# ��� ��� ����� � ��1� )���� �� ������������ ����2� �� ���������# ��� ����� � ������� ���� � �� �H+ � ��1� ���� ��������

;�� ��� ���� ����� ��� ���#��� #��� ��� ���� ������� �� � ����!������ ���������# �������� �� ����� ������ ������ )���1 ��� A� �&+@( ����� ���� 2����# ��� ������ ���������� ���� ��� ���� ���� �� � ������� ����#�� �� ������� � ������ �������� � ������� ���� ���� )���� ����#� �� !1����� ���� � #���� � #������ �� #��������� �� ���� ��� �� ������ ��������� &I� +@(F

+� ������ �8� �� G �� G ��� G �� G -�

,� �������� �� �� �� �� ��� � ����� ����� �������� �� ������

�� ��� �� ��� � ������� ���� ����� �� ������ ��������

�������� �� � ���� ����� �� ��� ����� ��� ����� ����� �� ��#����

@� ����� ���� @ ���� � ����� � ��1� ��� ����#��� ������ � �������

@�@� �������� � ��� ������

)�� ������ �� ������ ��� � ��� ��� ������� �� ����� ��� ������ �������� � �������� �� ;�#��� +� )���� ��� ���#��� #��� �� ��� �� � ����!������ ���������# ��������� )�� 2#��� ����� ��� ����!���� ����� ��

���������� ����� � ���� ���

Page 8: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

*

�� ���� ��� �%�$ $%.,--- ��������1 ����� &7( ��� � @,!�� +!"4 ������ ?� ��# �� ��� ����!���� ����� �� ������� ��� ���#��� #����������� ���������� ��� �� ��� ���!������ ������� ��� ���#��� #����������� �� ���������

�� ����� � ���� ������ � ��������� ���� � �� �������� �� ��������� ������ ��������� ��� ���!������ ����!���� ������� 5������� ���!������ ������ ��� �� ������������ � � ����������� �� � ��� ������������� ;�� ����� �� ��� ����!���� �� �� ��� �� ������������ � ��������� ������� ��� ������ ��� ����� � ��� ��� ��� ����� ����� <��� ������ �� ��� � ��� ���!������ ������� ��� ������ �������� � �������� #������ ��� �� ���� �� #�������� ��� ������ �� ����� ��� ���!������������

+� ;�� ���� �������� �� ������� ��� �� ���!������ ������ �� ��� ����!���� �����F ������ ����� ���� ������� ������� ������ H +��

,� ������� ��� ������ � #������ ���� �� ������ �8�� �� - �� ����� ���

@� ����� ���� , ��� � ������ � ������ �8������� ��� ������ ��� �����!���� ���� ���� �� �� ��� �������

������������

)��� � #������ �� ��� �:������ �� 2����# ��� ������ ����� ���� ������#��� #���� ��� ��� ���������� ���������# ���������� 5������� ���� �� ��� ��������� �� ����� ��� ����� ���� � #������ �� ����������������#� �� ��������� �� ��� � ���� �2�� ������� ��������� �� ������� ��������

�� ���� � ������

)�� �������� ������� ��������� �����������# ��� ����� ����� �� ���#��� #���� �� ��������# ���������� J��� �� �������� ��� �� ��� ����� ����������������# �� ���!����������� ������� <�� �����������# ������ ���������� ����� �����F ���#��� #��� ��������� � �����������# ���������� ����� <� ������ ��� ;����� �� ��� � ��� �� �������� �� �������� ��� ���#��� #���� �� ��������# ���������� ������� �� ���� � ��������� �� ��� ��������� ��� ����� ������ ��� � ������� �� ���� �������� ;��� � ��� ��!������# � ���� ���������� ��� ���� ��������� ����� �� ��� ��������������� �������� ��� ���� ��� ����� � ��������

>�+� ������������� � �����

)� ������� � ����� ����� �����������#� ��� ���#��� #���� �� �����#��� ���� ����� � ��1 ���� � �� ��������� ��! ���� ;�� � ������# ���!����� �� ���� �� ������ ���#��� #���� ��� ������� ����� ��8�� �������

���������� ����� � ���� ���

Page 9: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

I

Marginal Gain Counters

OS ProcessScheduler

Cache Replacement

Unit

Partition Module

Software (OS)Hardware

Cache Allocation

Marginal Gains

Set of LiveProcesses

����� �� ��� �������������� �� ������� ������������ � �����

����� ����#��# ��� ����� ���2#�������� �� ����� ���� ������� �� ������� ����� ���� ��:����� ����� ��8�� ��� �� ���� ���� �� � ���# � ����&+>(� A� ��� ��� ���� ������=�� �� �������� �� ������ �� ��� � ���#��� #���� ��� � ��������# � ������� ���� � 2��� ����� ���2#��������

A� ��� � ��� �� �������� �� �� ��� ��� ���#��� #���� �� ���� ���������� ��� ���� ���� �������� ��� ������ ���� ��� ���� ���#��� #��� �� �#��� ���������� ��� ��� ������� <�� ��������� ������� ���� ��� ��������� ��� �������� . � ���� ������ ����� ��� ������� �� �� �

;�� � �� !����������� ����� ���� � � ��1�� �� �� ������ � �� ���������� ���� � ���� ������ � ��! ��� ����# � ��������� $�������# ������#��� #��� ���� �� ��� ���� ��� �� ����# ��� �� ��������F

����� �� ��� � ����� ������� ��� )���� �� ��� ���������� ���� � ��1 �� ��� �����6 ��������-� ������� ��� ������ �� ������ ��� ���� ������ ���� � ��1� ��� ��������+� �� ��� ������ ������ �� ��� ������ ���� ������ ���� � ��1� ���� A��� ����� �� ���������� �� ��� ��� ���� ������ ���� � ��1� ���� ���������� +� �������������� J��� ���� ��� ���� ���������� ���� ������� ��� ���������� ���� � ��1� �� ���� � �����=���� ��������� �� ���� ���� �� �1� �� ��������� � ��:����� ��������

)�� ���#��� #��� ��� �� �������� ������ � �������# ��� ������ ������ �� ��� ��H +��� � ������� ���� � ��1 �������������

���������� ����� � ���� ���

Page 10: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

D

Counter(0)

Counter(1)

Which Way?

DataTagVLRUDataTagVLRU

Counter(0)

Counter(1)

HIT?

Way LRU of Set 0Way LRU of Set1

Way LRU of Hit Block

����� �� ��� �������������� �� ����� �������� ��� +��� ���� ������ � ���� ��� � �� � ���� ��� &'( ����������� �� ��� ��� ��� � ���� ���� ���� ��� �������� �� ������� ���� �� ���� &'( ����������� �� ��� � ��� ���� �� ��� � ���

�� ���!����������� ������� . �������# �� 1��� �� ������ �������� ? ��� �� ��������� ��� ��� ���� ������������ ��� � �� ��� ����������� ���� ���� ����� � ��1� �� ���������� ��� �������� <� ���� ����� ���� ��� ������������# ������� �� ���������� ? ����#� �� ����� �������� ���#��� #���� �� �����# ���� ���� ��� ���� ����� � ��1����� �� ����� #��� ����#� ��� �����������# �� ��� ����� ��� �������� ��#� ������������ �

���!����� �� ��� � " �!������� ��� )���� �� ���������� ��� ���� �� �� ��� ������ ? ��� �� ��� ����� �� ��� ".� ��1 �� ���� ��� ������� ��������-�� ? ��� �� ��� ����� �� ���. � ��1 �� ���� ��� ������� ��������� � +�� �������# �!�� ������������ �

;�#��� @ � �������� ��� ��� ���������� �� ����� �������� �������� ���,!�� ����������� �������

���� �� �� � ���!����������� ����� ��� ���� � ����� � ��1�� ����� ��� ��� ������ �� ����� ?������# ���� ����� �������� ��� �� ��������������� ����� �� ��� ����������� ��� ���#��� #��� �� �����# ���������

���������� ����� � ���� ���

Page 11: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

7

� � ��1� ��� � �� !����������� ����� ���� ��� �� !�������� �� �� ���F

��������� G

����������

����

��� �@�

����� � �� ��� ������ �� �����A��� � ����������������# #���� ���� �� � ���� ��#�!������������

�� �������� ��� ��������# ����#� ����������� ��� ����������� ����!��8�����6 ��� ����������� ���� ���� D!�� ����������� ������ ��� ���!���� ����#� ����������� ��� �����������#� $������!��������� �!����� �$?"� ��#� ��� ���������� ��� ��!����� ���������� &,@( ��� ��� ������#��� ������������ 6 ��� �?!++-- �����#?" ��������� &+-( �������� �@,!�� ����������� ������ A��� � ����� �� ��!������������ �� ���� ����� ��������� ����������� ����� ������� �������# �� ���� �� ����������� �� ���#��� #���� &+*(�

>�,� ������� ���� ��������

;�� ���!����������� ������� ������� �����������# ���������� ��� �� ������ ����� � ����� ����� ����� �� ���� �������� <�� �� �� ������������ ����� �� �� ����� ��� . ��� ������� �� �� � )��� ��� ��� �����!��#� �� ������ ��# ��� ��������� �� ����� � ��1 #���� ���� � ��� .��� ����������� ��� �� ��������� ��� ��#�!������������ �������

<� ��� ����� ����� ����� ��� ���������� ���� ������� �� ������#���� ���� � %�#� �� ����# &,( ��� �������� ������ ������� �� �� ���� ������� ������#� ��� �� � ���� � �������� ����� ���� ���� ���� ������������ $� ��� $�����# &>( ��� ��������� ��� ����� ����� � ����������#����� �� ���� ��� �� ���� ���� ������� ��� ��� ���� 5������� �� ���� ����� ��������� �� ����#� ��� ��������� �� ����� ����������� ������ ���������� ������� � ������ ������ �� ��������� � ��1�� �� ������������ �� �������� ��� ����2�� . ��������� ��� �� ��� ������#�� �� ���� �� ��� ������������

>�,�+� ������ ��� ������� ��

�� �������� �� . ������������ ��� ��� ������� �������� ������� ����� ������ �� ����� � ��1� ���� �� ��# �� ���� ������� ����� <� � �������� . ����� � ��1 �� ��� ������� ��� ���� ������ ��� ���� �� �������� �� ��� ���� �� ��� ����� � ������� ���� �� ��#�� ���� ��� ������� ������ � ���� <��������� ��� . ����� � ��1 �� ������� ����!� ������������� �� ������� ;�� ���!����������� ������� ����� �� �� �� ������ ��1 �� �� ����!� ������ ������� �� ��� ���� �� ���� ����� ��� ��������. ��� ������� �� �� �� ���� ��� ������ ��� . ����� � ��1 �� �������

���������� ����� � ���� ���

Page 12: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+-

)� ��� ����� ���� ��#������ . ������ �� ��������� � ����������� �� ����� �� ���� ����� � ��1� ? , ����� ���� �� ������ � ��� ���!������� ��=����� ��� ��� ��������� ���� )�� ����� �������� �� ����� ����� ��# �#�� � ����� ��� ��� �� � ��� ���� ��� ����� � ��1� A� � �� ������� ����� � ��1 ������� ���� ��� ���������� ����� 1���� ��� ������ ������� � ��1� �� ��#��# �� ��� ���������� )�� ������� �� ������������������� � � ��1 �� ������� ���� ��� ������ ��� ����������� ����� ��� ����� � ��1 �� ����#�� ���� ��� ������ J��� ���� ��� ����������� �� ������� �� � ����� ����� ��� ��� ��� �� ��� ������� ���� ����������# ��� ������

>�,�,� ��� � �������

$� ��� ������# �� � ��������� ���� ���� �� �����������# � ����� ���� ��� �� /�� 0 #���� ���� &>(� ? �������� ����� ��������� � ������ ��1� �� � ��� �� ���������� ��� ��� �������� ?� � ���� �� � �������9���� ��� ����� �� ����� � ��1� $� ��� ������#� �� ��� ����� �������������� ��� ��� ������� �� � ������ �� ����� � ��1�� ����� �������� ���������� ��� ������

$� ��� ������# �����2�� ��� ������� �������� ����# � ��� �������� ����� � ��� ��������� �� ��� ������������# �� ��� �� � ��������� ������ �������� ? . ��� ������� ���� �� ����2�� �� ���� �� ��� ������� . ����� � ��1 ���� ��� ���������� �����2�� � � ��� ����������� ����������� � ���� ��� � ��� ������� ����� ��1!�� �� ������� ������� �� ��� � �������� ������ �� ��� ������# ������ �� ��������������� � �����# ��1!���

>�@� ������� � � ��� ���

)�� �������� ��� ����������� ��������� ��� �������� ���������� ������ � ����� �����������#F ���#��� #��� �������� ��� ��������� �����!������ �� ��� ������� ��� ��������# � ���� ������ � ����� ������������ ������ ��������� ������� ? ��������� ���� � �� ��� ��������# � �!��� ��� ��� ��B�� �� ��� ;����� �� ���������� � ������� ����� � ������������ �� ��� ���#��� #��� ��������� ������� �� ������ ������� ����������� �� ��K��� � ����� ����#�� �� ���#��� ���������

���� � � � ��� ��� ��������# � ���� ���������� � ������# ���!���� ��� ������ ��� ��������� ���� �� )�� ��������� ���� � 2��� ��������#��� #��� �������� �� ������ ��� ���� ��������� ��� ���#��� #�����4���� �� ��� ��� ���#��� #����� �� ������� � ������ ��������� ��� ����������� ��� ����#�� ��� � ������� �� ����� ��������� ���� �����2����� ������� ������ ;��� � ��� ���� � � ���� ��� �������� ��� ��������� �������� )� ������ ��� ��������� ��� ��������� ������ � ���� � ��

���������� ����� � ���� ���

Page 13: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

++

��# ����#�� A� ������� ���� ����� �� ���� ����� �� ��� ������������������ �������� '��

>�@�+� ����� �������

)�� � #������� �� ��� �������� ������� ������ ���� �� ��� ������ ������ ������� �� � ����� � ��1 #���� ���� � ��� �� 1��� ���#��� #���� � ���� � � ��1 #���� ���� � 5������� ���� �� !�������� ��� ���!������������������ �� ������ �������� �������� ���#��� #���� �� � ����� � ��1#���� ���� � ? ��� �� �� ��� ���� � �� ������ ��� ����� � ������� ��� � ��1 #���� ���� � )��������� �� � ����� ����1� �� ����� � ��1� �� ������ �������� �� �� � ������ �����

.���# �� ��������� �� ������ ���#��� #���� �� � ����� �� #����! ���� � )���� �� ��� � ��������� � ��1 ���� �� ��� ���� ��8� ���� ��� �� �� ��� ����� �� � ��1��� )�� ����� � ������� �� ���� ������� ��� �� �� �� ��� �� �� � � ��1�� ;�� ���� �������� �� ��2�� ���#��� #���� ��� ��������� ����1 ����F

���� G

����������

����

���� �>�

)� ���� � ���!�������� � �� ������ ������ �� ������ � ���������� ��� � #���� � #������ �� ������ � ���������� ?���� ��������# ���� ���������� �� ������� �� ���� ��� �������� ��������� ��� ���1 ��������� ��� �� �� � ��������� ��� ��� ���� ��������� ������� )�� ���� ���� #������ �� �� �� ����

+� ������ �8� ���� ��� ���� ��� ������ �

,� ;��� ��� ������� ���� �� #�� ��� ���� ����2� � �����# ��� ������������� � ��1 ������ � ��� ����� �������� �� ��#����� ��� ���������� ���� �� ��� ��� ���� � #����# �� ��� ��������� � ��1������ ���G �� ��� ����� ������� � +� �� ��� �����

@� �� �������� � ������� � +�� �������� �� ��� �������� �� �

>� ����� ���� @ ��� > ���� �������� � ������� � +� �������� �

�������

'� ������� ��� ��� ��������� ���� ��� �������� ���� ��� ������ ��������� ����

$���������# ���� � ���� ������ �� ���� ������� ���������� ��� �

���� ������ �� ��������� � ��1� G ������������ � ��� ��� � ��� ���������� ��������# ��� ��� ��������� �� ������ ��� � ;�� ��� ���� ���� ��

���������� ����� � ���� ����

Page 14: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+,

���� ��� ���������� ������# � D!�� , ������ ��� ������ �� �������!����� ��� ��� ����������� ���� � �� �� �� �� ��� ��������� �� �� ����� ��������� ������ �� 2�� �� ��� � � ��� ����� �� ���� �� �������� � ����� ����������� �������� ��� �������� �� ��������# � ��� ��������� �� ��� ���� -�,E�

>�@�,� ����� �����

����� ��������������� �� ��������� ����#� � ������ � ��� ������������ ����� ���� � ��K��� ��� ����#��� 4�� �� � �� ���� �� ������������ ������ �� ��� ����� ��������� ��������������� �� � �������� ���� ��� ��� �� �� ��1� ���������� A� ��� ������� ���� ��B�������� � #����# ���� ���#�� �� ��� ������� �� �� �������� �� ���� ������ ������������

A��� � ������� ��#��� ������# ��� ��� 2��� ����� � ���#��� #������� ��� �� 8���� )�� ��������� ���� � ������� ��� ���#��� #���� ���������� ��������� ������ � #����# ���� ���#����# �� ��� ������� �� ���F

���� G Æ � ���� H ���������� �'�

?� � ���� �� ��� �:��� �� ���� �� ��� �������� ������ ���������� ���� �� ��� �� �������� ���� ������ �

#� $%� �� ���� � �����

)��� ������� �������� ��� ���� ����� ���� �� �� ����� �� ������������� =����������� �:���� �� ��� ����� �����������# ������� ;����� ���������� ��� ���� ����� ��������1 ����� �� ��� ���� ���� �� ��� ���&@(� )���� �� ��� ���� ��� �����������# ������ � ������# ��:��������� �� ��������1� �� � $"% � ���� ���� ��� ���������� ������# � ,������ ;��� � �� ������� ��� ��# ��� ��������� ������ ���� � ���

'�+� �������� � ����� ��

<�� ���� ����� ��������1 �� ����� �� ��� ���� ���� �� @�- ��� ���&@(� ����� ���� � ����� ����� ���!��!����� ���������� )�� ���#��� ���!� ���� �� �� ����2�� �� ���� �� ��� � ���������� ������# � , ������ ?��������� ��� ��� ��� + ����������� ��� ���� ������� ��� � ������!���� ����� ��� ���2�� , ������ )� ���� ���������� ����# �� ��� ������������ ��� , ����� ��� ��� ��� ����� ��� ���� ��� ��������� ���� ���� ���

<�� �����������# ������ �� ��� ������� ��� ��� ������ , ��������� �� ��#� ����� ��� ��# ����� � ��� ������ �� ���� �1� �� ������� ��� �� , ������ ��� �� ���� �� ��� ����� �� ��� ���� ������� ;��

���������� ����� � ���� ����

Page 15: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+@

�� D!�� ����������� , ������ ��#�� �������� ��� ��������� ��� ����������� �������� ��� ���#��� #����� 4���� �� ��� ���#��� #����� ���!� ���� �� ������� � ��� ��������� ���� � � � �� ��� ������� ���������;��� � �� ��� ������� ��� ��#������ . ��� ������� �� �� ������� ������ ��� ������ �� � ��1 �� ��� ������ )� �� ��������������� ��� ��� �������� � � � �������� �� ��������# � ��������� ��� ���� ��������� �������

)�� ������������ ���������� ���� �� ��� ���� ������ ��� ����� ��)�� � �� ���� ���� �� �� ���2#���� �� ������� ? ��� ��������� ��� � ��������1� ��� ����� �� �� �L* �,+,*>� ��� ���1 ������������ )����8� �� ��� , ����� �� ������ ���� + �� @, "4� .� ��� ��������� �����!����� ��� ��������� ������ �� 2�� �� ��� � � ��� ����� �� ' �� �� + �58� ��1 ������

����� $� �� ���� ����� ���������� ��� �� ������������

�� ���� ����� ���������� ��� �% ������

�� ������ +

"�� � ���-��� . /)!

&. $� � ��� 01�23� +���� 4+�3 � �� �����

&. 5� � ��� 01�23� +���� 4+�3 � �� �����

&+ � ��� (��%�� 6���� 01�3 � �� �����

&. ����� +

&+ ����� .,

#���� ����� 7��� %��� ����8 6,

$����� �������� �&3� 1���� .+6��������

#���� ��� +,, #)!� 6�3 ��� 7.�0 /3��8

9�� ��� ��������� ����� ���� 1 � 1 � 1 � 1

&�������� -���� ��!� 01

'������� ����� ���� ��!� .+6

���������� ����� � ���� ���

Page 16: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+>

'�,� ��������

)� ��� ���� ��� ����� �����������# ������� �� ��� ������ ��������1����� �%�$ $%.,--- ��������1 ����� &7(F ��� ���� � � ����� � ��������� ��� ���� 4�������1� ���� ���� ��:����� ��������������� ��� ���, ����� ��� �� ����� �� ��������� ������� � ��� �� ��� ��������� ������������1� ��=���� � ��#� , ����� �� ������� ��#� ������������ ��� � ��� ���� ��� "4 �� ����#� ��� ������� ���� ��������1� #�� ��#��2��������2� � �����# ���� ����� ������ ��� � ������ �� ����

;�#��� > � �������� ��� ��������������� �� ��� ��������1� ���� ������ )�� 2��� 2#��� ����� ��� �%$ �� ���� ��������1 �� � ���������� , ����� ��8� ������� + "4 ��� @, "4� )�� ������ 2#��� �������� ������ �� , ����� ������ ��� �� ��� ��������� � � �� ��� ���!���� , ����� ��8��� )� ��� ��� ��� �:��� �� �� ������ ����� ��������� ��������1� ��� ���� ���� ����� �1�����# ��� 2��� ����� �� ����������������

;�#��� > ��� ������������ ���� ��� ����������� �� ���� ��������1��� ��� ��������� �� ����� ��8�� )�� �%$ �� ��� ���� � ��� ��� ��� ����� ��#��2���� �������� � �����# � ��#�� , ������ )��� ����� ������� ����������� �� ����� ��������1� ��� �� ��#��2���� ��#����� � ����� ��������# ��������� ���� ��� , ����� �� ������� )��������� �������� ��������1�� �� �� ������� �� ��������� �� ����#� ����� ����������� �� ������� � ��#� �%$�

)�� 2#���� � �� �������� ���� ��� �������� . ��� ��� �� �� �� ��� ����#� ��� ����� ����� ������ � )�� . �� �� ����� �� � ��������� ����� �� ��������� ���� #������� ���� ����� ������� 5���������������� ���� ��� ������ �� ��� ��������� ����2� ���� �����# ��#������ ������ ;�� ����� �� ���� ����������� ��� , ����� ������ ������� �� ;�#��� > ���� 4�� ��� �%$ ����������� �� ���� �� �� ����������� , ����� ��8� �� ������ �������� �� ����� ��������1� ���� �� ������� � ��� )��������� ��� �������� . �� �� �� ��� ����#� �������� ������ ���� ���� �������� ���� ��� ���� �� � ���

;��� � ��� 2#���� � ������� ���� ��� ��������������� �� � ��������1�� ����� ��������� �� ��� , ����� ��8� �� ��� � ����� ;�� ����� ����� �� ��1 �1� � ��������# ��� ������� ���� ��� � ������� ��� �� ��� � ���� ��� � ����� ��� �� ���� D "4� 5������� �� ��� ����� �� ��#������ +* "4� ��� ����� ��#� ������� ��� �� � )���� ������ ��� ���� ��� �� ��� ����#� �� ��������� ������ ����� � �������6 ����� ��������� �� ������� �� ��� ������� ����� ��#� ������� ��� �� �� ����)�� ��������������� �� �� ��� ������� ���� � �� ���������� � ������ �� ���!�����

���������� ����� � ���� ����

Page 17: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+'

0

0.5

1

1.5

2

2.5

art mcf vpr swim applu vortex gcc

Benchmarks

IPC

1

2

4

8

16

32

0

5000

10000

15000

20000

25000

art mcf vpr swim applu vortex gcc

Benchmarks

L2 Misses per M

illion Cycles

1

2

4

8

16

32

����� �� ��� &+ � �� ���� ������� � �� ��� ��� ������ ��� �� ������������ 7�8$ " �� � ��� ���� �� &+ ��!�� 7�8 ��� ������ �� &+ ������ ��� ������� ��� ����� ��� �� � ��� ���� �� &+ ��!��

'�@� ������� � �����

J�� �� ���� ��� �������#� ��� ��� ���1���� �� ��� ����� �����������#������� ;�� ��� ��� ������� �� ���� ��� ���� ����� �� �%�$ $%.,---��������1�� )�� 2��� ��� ���� �� ��� ���� ����� ���� ���#��� ��� ��#� ���#��� #��� �� ��:����� ����� ��8�� )�� ������ ��� ���� ���

��� ����� �� ���� ����� ���� ���#���� ���� � +* "4 �� ��#�� , �����

���������� ����� � ���� ����

Page 18: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+*

0

0.5

1

1.5

2

2.5

art+mcf mcf+applu vpr+swim vortex+gcc

Process Mixes

Speed-Up

1

2

4

8

16

32

����� � ��� ������� �� ��� ������������ � ���� ���� ��� ������ &'( ����� ������ ���� � � : ;� ,,,� ,,,� Æ : ,�;�

�� ������� ��#� ������������ )�� ����� ��� ���� � ��� ����� ��������� ��������1� �� #�� ������ ����������� � �����# ���� ����������� ;��� � �� ��� ����� ��� ���� �� ���� ����� �� ��� #�������2� � �����# � ��#� ������ ���� ;�#��� >�

)�� ���� ������ ������� ��� �%$ �� ��� �������� . ��� ��������� �� ��� ��� �%$ �� ��� �����������# ������� �� ���� ����� ��� ���!������ ��� ��� ������# ��� , ������ ���� ���� ����� ��� ��� ��� ���������� �� ��� � � �� ����� �1�����# 2��� ����� �� ��� ������������ ������ �������� )�� ��������� ������ � �� 2�� �� ��� � � ��� ��� ������#����# ������ �� ��� �� Æ G -�'� )���� �� ��� �������� � � � ������������ ��# ��� ��������# � ���� ��������# � ��������� ���� ����������������

;�#��� ' � �������� ��� �����!�� �� ��� �����������# ������ ���� ����������� . ��� ������� �� �� � )�� ���� �� ��� ����� ��� �������, ����� ��8��� ����� ���#� ���� + "4 �� @, "4�

)�� ���� ����� ���� �� ����������� ���� ����� �����������# ��� ��!����� ��� ���� �%$ ��#��2���� 6 ��� � >!"4 , ����� ������# �� ������� �����������# ���� �� ��� �%$ ���� ��� . �� �� � %����������#� �� �������� ��� �%$ �� �� @,E ��� ��� ������ ��� ���� ��� � ����<�� �����������# ������ � ������ ���� ����� ����� �� ��� ������� ����� ��#�� ���#��� #���� ������� ��� . �� �� � ��� � ������ ��������� �� ��� ��� ���� ���� ����� ������� "��� ����������# � ��� ����������� � ��#�� ���#��� #��� ����#�� ��������# �� ��� ������� ������

���������� ����� � ���� ����

Page 19: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+I

��� �� ������� �� � ��������# ������� �� ��� 2��� ���� ��� ��� ���� ���#��� ���� �� ����� ����� �� ��� ������ ����

)�� 2#��� � �� � �������� ��� �� ��������� ������� ��� ����� ��8� ������ �:���������� �� �����������#� ;�� ��� ������� �����������# ���� ������� �� �� � ����� ��� ��8� �� ��� ���� ���1 ���� �� ��� ��#� ���������� ��� ����� ��8�� �� ���� ����� ����#��# ��� ������� ������ � ���� ��� ����������� ?� ��� ����� �������� �����������# ������ ������� �������� ����������� �� ��� ����� �� ��#� ����#� �� �� � � ��� ���1 �����)�� ���#� �� ����� ��8�� ��� ����� �����������# ��� ������� ������!����� ������� �� ���� ��� ������ �� ���� ������� ��������� ��� ������������������ �� ��� ���������� �� ��� ������������ ����� �����������#�������� ��� ����������� �� ��� ���#� �� �� �� ���� �� "4�

)�� � �� �������8�� ���� ����� �� �%$ ����������� ��� ��� ���� ����� ���� ������� )�� �%$ �� ���� ������� ��� ��� ���� �%$ ��� �������� ��� . ��� ������� �� �� ��� ��� �����������# ������� )�� ���� �%$ �� B��� � ��� �� ��� �%$��

)�� ���� �� �� ��� ��� � ������� ���� ����#�� ���� ������# ����������# �� ��� � ���������� ��� �����������# ��� ������ ;����� ��� ��!��������� ���� �� ����������� ���� ����������� ��#�������� ��� ��������# ��� ����� ��� ��� �� ��#��2����� ;�� ����� �� �������� ������� ���� ������# �� ��� ��� ���� � >!"4 , ������ �� �� ��������� ��� ������� �� � ����� ��� �%$ �� �� ��� ��� �� �� ,�+>D7 ���-�+I+7� ���������� ���� ;�#��� >� �� �� ��� ���� ���� ������� ����� �������� ���������� ������� ����� �����������#� ��� ���� �%$ ���� +�-7*,� �� ���� ����� �� �� ������ �� B��� �� � ��� ������ ������������� ��� �� �� ��� �� ��������� ��� ������

$���� �����������# � �� �������� ��� ����������� � �������# �������� ���������� �� ��� ��� �� �������� ��� ���� �� ������# �� ������ �� � >!"4 , ����� �#���� �� ���� ����� ��� �����������# ������� ������ ��� ����� �� ��� ���� ��� . ������ ��� � � ������ )������� ����!���� �� ��� �� ��#��� ���� ����� �����������#� 5������� ��� �%$�� ��� �� ��� ��#��� ���� �� ��� ���� �� ��� . �� �� ����� -�+,*@�� -�+*,,�� )��� ������� ������� �� ������ ��� ����� ����� � �������# ��� ���� ��������� ���#�� )�� �:��� �� � �� ����� �� ������� �� �� ��� ������ ��� ��� ����� ������

? ����#� ��� �����������# ������ ��#��2���� �������� ��� ������!����� ���� ��� . �� ����#� ��� ����������� ���� �� � �� ���� ��������� ����� ��� �����������# ��#����� ��� ����������� � � ��� ���!����� )���� ��� ��� ���1������ �� ��� �����������# ������ ���� ����� ����� ��� ;����� �� ��� ����#� ��� ��������� �� ���� ��������� ������� ��� ��� ��������� #���� ���� �� � � ��1�� ������� ��� �������� .�� �� ��� ����#� ��� � ������� ���� � � � �� � ����� � ��1 ��������� �� ���� ���������� ��� �����������# ��� ���� � �� � �#�� �����

���������� ����� � ���� ����

Page 20: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+D

����� $$� 5������ "��������� �� $ "� ������� ��� ������ &'( �� ������������� &'( ��������

"� �� &'( $ " �������� $ " �������

7#38 ��� ��� ���� ��� ��� ����

. ,�.;,< ,�,11. ,�.=16 ,�.1+6 ,�,1+4 ,�.6;+ ,�=;

+ ,�;;;4 ,�.,,. ,�0;;1 ,�;106 ,�,=;+ ,�01+, ,�=6

1 ,�=0=6 ,�.+04 .�,=0+ +�,<0. ,�.0++ +�+46+ +�,1

6 .�=1=, ,�.6,4 +�.+=1 .�=1=, ,�.6,4 +�.+=1 .�,,

.0 +�.<+< ,�<1<0 +�=+,1 +�.<+< ,�<1<0 +�=+,1 .�,,

4+ +�.=4+ .�406+ 4�;0.1 +�.=4+ .�406+ 4�;0.1 .�,,

��� ����� ���� ��� ����� ����

. ,�,=++ ,�16+. ,�;<11 ,�,6<= ,�11.1 ,�;+=+ ,�=+

+ ,�,=,, ,�1<;< ,�;0;0 ,�,6;= ,�1;,4 ,�;40+ ,�=;

1 ,�,=+0 ,�16,1 ,�;<4, ,�,=,= ,�10<+ ,�;;6+ ,�=<

6 ,�.,<4 ,�1=;6 ,�0,4, ,�..44 ,�1=+. ,�0,;1 .�,.

.0 ,�;=;6 ,�<6,1 .�4<0+ ,�==+. ,�6+0= .�6.=, .�4+

4+ .�.4<4 .�.01, +�4,.+ .�.+6, .�,,4< +�.4.0 ,�=4

��� ���� ���� ��� ���� ����

. ,�<4,1 ,�;=6< .�4+=, ,�<=<+ ,�;0., .�4;6+ .�,+

+ ,�<=6. ,�0..; .�1,=0 ,�66.6 ,�0,4= .�16;6 .�,;

1 ,�66.< ,�0+6= .�;.,0 ,�=0=4 ,�04<, .�0,01 .�,0

6 ,�=1,1 ,�01+< .�;64, .�,4=0 ,�00+1 .�<,+, .�,6

.0 ,�==1= ,�00,; .�0;;1 .�.10. ,�0=,, .�640, .�..

4+ .�,;.4 ,�06<= .�<4=+ .�.6=+ ,�<,=, .�6=6+ .�,=

������ ��� ���� ������ ��� ����

. .�01+, .�;.++ 4�.;1+ .�;66+ .�166+ 4�,<01 ,�=6

+ .�06=0 .�;00+ 4�+;;6 .�00=. .�;4,4 4�.==1 ,�=6

1 .�<,;6 .�0=., 4�4=06 .�0==4 .�04+4 4�44.0 ,�=6

6 .�<.06 .�<0+1 4�1<=+ .�<.0; .�<0,4 4�1<06 .�,,

.0 .�<++1 .�<06+ 4�1=,0 .�<++1 .�<06+ 4�1=,0 .�,,

4+ .�<++< .�<064 4�1=., .�<++< .�<064 4�1=., .�,,

���������� ����� � ���� ����

Page 21: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

+7

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

10000

1E+07

3E+07

4E+07

5E+07

7E+07

8E+07

9E+07

1E+08

1E+08

1E+08

1E+08

2E+08

2E+08

2E+08

2E+08

Time (Cycle)

Cache Blocks

Blocks in Cache Allocation by Algorithm

����� !� ��� � �� ���� ����� ��� ��� ���� ������� ���� ����� ����� � 4+�#3 � ��� ��� ��� � ���� ���������� ��� � ����� ������ �� � �� ��� �� �� ��� � ������ ��� ���� ���������� ��� ����� ���� ����� � �� � ��� ��������� � �����

����������� ���� ��� . �� �� �� ��� . �� �� ������� �� ���� ��� � ����!������ � �������� )��� �� �� ��� �����������# ���� ��� �� ���� ��� ��� ��� ������ ��� ����� )�� . �� �� ���� ��� ��#�� ����#��� ���� ��� � � ������# ���� ����� �� ���� 5������� ��� �������������#�������� ��� �� ���� ������ �� ��� ��� �������� �� ��� ��#��2��������2� �� ��� ������ ��� ��� ����� ������

)�� ����� ���1���� �� ��� �����������# ������ �� ��� ���� ���� ����� �� �������� ���#��� #���� ����# ����� �� �� )��� ��������� ������� �� ��� ���������� ���� ����� � ��1� ��� ������ ��������������� ��:����� ����� .���������� � ���� ���#���� �� ��� � ���� ������� ���� ����� � �� ���� ����� ��� � #������ �� �1� �� � ����� ������������� ��#� ������ �� ����� ����� �� ��� ���#���� ;�#��� *� �������� ���� ���� �� ��� ��� ������ ��� ���� ��� � ���� )�� 2#�������� ��� ������ �� ����� � ��1� � ������ �� ��� ���� ����� )�� � ��1 ��� ���������� ��� ������ �� � ��1� ���� ��� ����� �� ��� ��������� #�� ��� ���������� ��� ������� ������ �� ����� � ��1� � ������� ��� �����������# ������� ?� ����� �� ��� 2#���� ��� �����������#������ ����!� ������ ����� ����� �� ���� )�� � ������ ����� �������� �� ���� � ��� ����� ��� ���� �� � ���� �� ��� ����� ���� ����� ��� ��������� �� �� �1� �� ��� ��� ��� ��� � ��1 �� � ����� ������������ )�� 2#��� ����� ���� ��� ������ �� ����� � ��1� �� ��� ������� �������� �� ��� ���� � �� �� ���������� )��� � ������� ����� ���

���������� ����� � ���� ����

Page 22: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

,-

0

0.5

1

1.5

2

2.5

10000

50000

100000

500000

1000000

5000000

1E+07

5E+07

Partition Period (Cycle)

Speed-Up art+mcf,4MB

mcf+applu,32MB

vpr+swim,32MB

vortex+gcc,2MB

����� "� ��� ������� �� � ��� ���� �� ��� ��������� ������ >� � ���� ����������� ��� ��� ��� ���� ��� ����� ���� &+ ��!� ��� ��� �� ��� ������

����������� �� � �� ����� � �� �� #�� ����� ����� � ��1�� )������� �� ���� � ��������� �� �� ��� ������ ������# ��������� �������� �� ������� �� � ����� ��� &D� +7(�

'�>� ������� � ��� �

)��� ���� �� ��� ��� ��������� ������ � �� �� 2�� �� ��� � � �� ��� � ��� ����������� ������� �� ����������� �� ���� ����������� �� ���� ��� ��# ��� ��������� ������ ���� � ��� ;�#��� I � �������� ��� �:������ ��� ��������� ������ �� ��� �����!��� ���� ����� ���������� � ���������� ���� ��� ������� �� , ��8� ��������� �� ��� �#����

?� ����� �� ��� 2#���� ��� ����������� ��#����� ���� ��� ��������������� �� ������ ��� ����� �� ��� ��#� ����� ��������� ������� ���� �������������� ��� �� ��� �������� ;����� ����� �� �� �������� �� ���!�����# � ��� ��������� ���� ��������� ������� ������� ����� ���������������� ���� ��� ���������� �� ���#��� #����� A� �#� ��� ���#��� #���� ���� ��������� ������ � �� ��� ��# ���� � � �� ��� ��������������� �� ��� ������ ��� ���#��� #���� =���1 ��� ��� ���� ������ �

<� ��� ����� ����� �� ��� ��������� ������ �� ��� ��#� � ��������������� ����1 � ����� ����#�� �� ��� ���#��� �������� =���1 ����#������� ���� �� �� ���� ������������ 5������� ���#��� �������� ������� ����#� ��� =���1 �� ��� ������������ ?� � ���� �� �� ��������������� ������� '--�--- � � �� ��� +-�---�--- ������ ��� ���� ������ �

���������� ����� � ���� ���

Page 23: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

,+

������������ )��������� �� ��� ��1� ��� ��������� ������ ��� ������ ��� ���� � ���� ��� ���� � ��!�����������# �� � ���� �� ��� ���������������# ��������

&� ��������

�� �%$ ��� �� ���������� �� ��� �������� ���� ��������� ��� ���!�� ����� � ��������# �� ��� � ��������� ���� ������� ���� �� ��$"%��") � ����� ����#���� ��� 2��� ������ ��� ��� ��� ������� A����� ���������� ���� ���� ������� ��������� �� �� ��� � ��������� �� ���������� ��� ���� �� ���� ��� ��������# ��������� ��=���� ��#�������� )��� ��� ���� �� ��� � ��������# ��������� ��������� �� ��������� ���� �� ��� � ���������# ����� ������ �� �� ��� �8�� ���������� � ��=����� ���� �� ������� �� ��� ����� �

A� ���� ������� ��� ������ �� ������ ����� ������������ ����#���� ������� ��������# ���������� <�� ��! ��� ����� �����������# � !#������ ��������� ��� ���� ��������������� �� ���� ������� �� ���!�������� � ������ ���������� ��� ����� ����#�� ��� ��������� ���� �����������# ���� ������� � )�� � #������ ��������� ��� ���#��� #������ � �������� �� ����� ��8� ��� ���� � ������ � #������ �� 2�� ������������ ���� ������8�� ��� ���� ������ �� �������

)�� �������� �������� ��� ��� ����2������� �������� �� ���� �������� ������ � ? ��� ������ �� ��������� �������� �� ��=������ )���������� ��� ������� �� ����� ����� �������� ��� ��� ��� �� ��� ����!��� ���� ��� �� � ��� ��:�� ��� ������ �� ����������� )� ����� ��������� ��� ������ �� ��� ����� ��� . ��� ������� �������� �� ����� � �� �� ��1� ��� �� ��� �� ��� �������� ���� �������� <�� �� ������ �� ��� ������# ����� ��=����� � ��� ������ �� ��������� ���� ����� )4 �������� ��� � ��� ������ �� �:!������� !���� �������� ������ ����1�� �� �����# � ����� �����

)�� �����������# � #������ ��� ���� ��� ������� �� ��� ������ ,����� �� � $"% ���� ���� ����� �� ��� ���� ���� �� ��� ���� )������ ����� ���� �� ���� ���� �����������# ��� ������� ��� ����� ���!�������� �������� ���� ��� �������� . ��� ������� �� �� ��� �������� ���#� �� ����� ��8� ��� #���� ���������� ?�������� � ��� ���!��������# � #������ ��� �� �� ��� ���� �� �� ������� ������������ �������� ��� � ���#� �� ����� ��8��� 5������� �����������# � ��� ������������� ��� ����������� �� ������ ��� ��� ��� ��� ��� ���1 �����)��������� ��������� ���� ������� ���� ������� ���� � �� �� ����������� ����������# ����� ����� ��������� ��������� $����!����� B�������� ��# �� � ���B��� �� ��� ��#���# ���1 &+*� +I(�

���������� ����� � ���� ����

Page 24: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

,,

���� ������� $"%��")� ��� ��� ���� �� ��� ������� �� �� ��� ���������� ��������# ���� ������� ����� ���� ������� ��� ����� ���������� �� � ������� �� ���� ���������� )��������� ��� ���� � �� �����������#����� ��� � �� �� ��� ����� � ����� ��� ��� � ��������� ������ ��� � ��������� ����� ��� ���� ����� �����������# ������ �

����'� �� � ���

;�����# ��� ���� ���1 �� �������� �� ���� � ��� ������� ?�������������� %��B���� ?#��� ����� ��� ?�� ;���� ������� �� ��������;@-*-,!77!,!-'++� ��� �� /"� ��� � $����� ��� ����!��������� $��!�����#0� )���1� � �� �� ����� %�������� ����1 $����� ����� $������ L����� �� ��� ����� ���������

� � � � �

.� ��������� 5� )�? .===� @���� ���� "� �� ���? ������� � �� ������ ����� �����*� $�? ��� 4+�� ���� �###$�%� ��������� &��'���� �����������������

+� 3������ 3� 2�� 3� A� "���� 5� &��� �� �� )� '����? .==1� @������� "��B� �#����� 5���� ��� �� &���� 5��� ��#���� "� ���*� $�? �&�()& *��

4� 3������ 5� �� �� #� ������? .==<� @��� ������� ���� ���� ���� C������+�,*� �� ��� �� ������� (�������� �� ��� ������#����� "������� � ��� �5����������

1� "����� 5� ��? .===� @>������� ��� '�� � �� #� ����� ������? "����� ��"������ "� ����*� ��5� ������� #���� ������� $�������� �� �� �������

;� 5���� �� A�� �� 2� ����� D� "������ �� "����� #� 9���� �� �� �� &��? .==1� @#�#� ���� �� ���� ���� �.�,*� �� ��� �� '����� "�� ������ C&�$ �� ���� ����#��� ;6� #���� ������� $�������� �� �� �������

0� >������ �� A�� A� �� >���� )� #� &��� A� &� &�� '� &� ������ �� 5� #��������? .==<� @������������ #������������? � ������� ��� D����/��������� �� ������*� �### ���� �7;8�

<� 9��� 3�? .=00� @5�� ���� ������!����� ��� #������� �������*� ��������&���� ��

6� /��!E���!� ��� #� C������ D� ������� �� A� #� �� �����? .==<� @>����������"� �� "��B� � #����� ������� F�'�3��� �� ����� 9�� �����*� $�? ��� �++"�������� �������� � &�'�����'����

=� )������� A� &�? +,,,� @� >" " (+,,,? #�������� " ( �������� � �� ���D�� #���������*� �### %��'�����

.,� $����? .===� @$���� �������'# ���..,, #� ����� �����*�

..� &�� A� &�� A� �� >���� )� #� &��� '� &� ������ 5� #� �������� �� �� A� >�����?.==<� @"��������� ����������� ����������� �� ������ ���������� ����������� ��������������� �������������*� �%� �������� � %��'���� &������ ���

.+� ������ #� 5�� �� �������� �� C�G������� 3� 9����%� �� 2� '�? +,,.�@'�� ��� �������� ������ � �� ����� ��� ���� ���� ��� ��������� �� ��

���������� ����� � ���� ����

Page 25: Dynamic Partitioning of Shared Cache Memory Computation

,@

���� ����*� $�? ��� 41�� ���� �###$�%� ��������� &��'���� �����������������

.4� ������ )� ��� A� ������ �� A� &� ����? .==+� @������� ����������� �� "� ��#����*� �### �������� � %��'����� ��7=8�

.1� �������� '� �� �� �� /� �������? .==;� @�������� ������ "� �� ����������(���� /�������!� 3������� �����*� �%� �������� � %��'���� &�������

.;� ���� /� >�� �� 5������ �� &� '�����? +,,.�� @������ �� "� �� #���� ��������� ����� �� "� �� �����������*� $�? ��� .;�� �������� �������� �&�'�����'����

.0� ���� /� >�� �� 5������ �� &� '�����? +,,+� @� D�� #���� #���������� ���� ��� #���������� � ������� �� �����������*� $�? ��� 6�� ,��-���������� %��'���� ������������

.<� ���� /� >�� &� '������ �� �� 5�����? +,,.�� @>H� �� �� #���� ��������� � �� ������� A�� � �������*� $�? "�� ��������� .��/���' � 0��&������� &�������� ��� �������� �������� 1 (�%& ����2� ��� ..0I.4+�

.6� ���E������ 5�� )� �� ������ �� A� &� ����? .==+� @$�������� 5��� "� �� )���'����� ������� "� �� �����������*� �### �������� � %��'����� ��708�

.=� ������� D� �� �� /��!E���!? .===� @'�����!� "� �� �� ����� ���>���������� "��B� ��*� �### �������� � %��'����� � 7+8�

+,� �������� 5� #�� �� A� >������ �� )� #� &��? .==;� @������������ #�������������? #�����!��� ���"��� ����������*� $�? ��� ++�� ���� ���������&��'���� � %��'���� ������������

+.� (����� �� ��� $� 2����� "� #� 2������� �� "� �� #����!? +,,+� @��� #������"� ��? �� >�����>Æ ���� 9�������� ��� #��� �� ������*� $�? ��� 6�� ,��-���������� %��'���� ������������

++� J���� ��� #� 5� ������ 3� 9����%� �� �� D� C�G������? +,,+� @>���������� "��� � �� '���!���� "� �� 5����� �� ������!� 5��������� ��� �� �����>�����5���*� $�? ��� 6�� ,��-���������� %��'���� ������������

+4� K����� #� �� 2� �������E ? +,,,� @)��������� ������ "� ��� ��� &��� ���� �� ������*� $�? ���� %�'� .��/���' 44�� ��������� &��'���� �����������������

���������� ����� � ���� ���