MPCache: A Novel High-Level Cache Simulation Framework for Design Exploration of Embedded Cache Systems

Cache-minne har blitt mye brukt i datamaskiner for å skjule det økende avviket mellom hastigheten til hovedminnet og prosessoren. Designmulighetene for cacheminner er nesten uendelige, noe som kan være et tveegget sverd i den designprosess. Det fører til at en gitt datamaskinarkitektur kan ha mange ulike løsninger for sitt minnesystem, men det kan være vanskelig å få frem hvilken som er den beste av dem. Dette introduserer behovet for høynivåmodeller som kan brukes tidlig i utforskningen av ulike design. I dag er de fleste cache-modeller i dag er integrert i sofistikerte simulatorer som modellerer hele datasystemer og som er rettet mot større arkitekturstørrelser. Denne oppgaven presenterer MPCache, et høynivå cache-simuleringsrammeverk laget for utforskning av cache-minnedesign for innvevde datasystemer. Rammeverket kombinerer en funk-sjonell og en fysisk cache-modell laget for akkurat dette formålet, og legger til rette for estimering av total kjøretid og energiforbrukbruk av applikasjoner ved bruk av et spesifikt cachedesign. Det er verifisert at den funksjonelle modellen gir riktige resultater for ulike valg av de tillatte designalternativene. De kombinerte resultatene er blitt sammenlignet med RTL-simuleringer, som viser at resultatene er rimelige for et utvalg av ulike applikasjoner for dette cachedesignet. Den fysiske modellen er sammenlignet med den etablerte fysiske cache-modellen CACTI. De to modellene er blitt sammenlignet ved å analysere både de resultatene hver modell produserer, men også ved bruk i en kombinert simulering. Resultatene indikerer at MPCache gir dårlige estimater av cacher med sekvensielt aksessmodus, og at feilene her øker med størrelsen må cacheminnet. For parallelt aksessmodus gir modellen bedre estimater, men også her øker feilen med størrelsen på cacheminnet. Sammenligning av CACTI-resultatene med RTL-simuleringene viste imidlertid at MPCache ga bedre estimater for dette individuelle tilfellet. Dette betyr at MPCache kan gi rimelige estimater for noen strukturer, men på grunn av problemene knyttet til økende størrelse på cacheminnet er rammeverket ikke modent for bruk i designutforskning