Veri önbelleği güvenilirliğinin modellenmesi ve geliştirilmesi

Günümüzde önbellekler çip üzerinde çok büyük bir oranda yer kapladığından bilgisayarsisteminin diğer bileşenlerine kıyasla önbellekler soft errorlara karşı daha kolay etkilenir halegelmişlerdir. Bu çalışmada, önce L1 veri önbelleği için soft error modeline odaklanacağız,sonra değişik güvenilirlik geliştirme tekniklerini araştıracağız. Bu esnada önbellekte oluşanbir hatanın programın sonuç çıktısında görülmesinin olasılığını gösteren AVFC (ArchitecturalVulnerability Factor for Caches) ölçüsünden bahsedeceğiz. Oluşturacağımız modeledayanarak, soft errorların varlığında güvenilirliği arttıran 3 mimarisel yaklaşım önereceğiz.İlk yaklaşımımız, soft errorın bellek hiyerarşisinde daha alt seviyelere yayılmadanönlenmesidir. Bu kirli blokların (dirty block) L1 önbelleğinden L2 önbelleğine geri yazılırkendeğişmemiş veri kelimelerinin (data words) geriye yazılmamalarıyla sağlanır. İkinci yaklaşım,önbellek bloklarının herhangi bir soft errora yakalanma şansını azaltmaya yöneliktir veetkilenir periyotlarını azaltmak için seçilmiş önbellek bloklarını iptal etme şeklindegerçekleştirilmeye çalışılır. Deney sonuçları, bu iki yaklaşımın da AVFC ölçüsüne dayanarakL1 veri önbelleğindeki soft errorları hafifletici etki yaptığını göstermektedir. Özellikle, ilkyaklaşımı kullanarak hiçbir performans kaybına sebep olmadan AVFC ölçüsünü %32geliştirmek mümkündür. Diğer taraftan, ikinci yaklaşımla önbellek bloklarının ne kadaragresifçe iptal edileceğine bağlı olarak, performans azalımı %0 ile %21,3 arasında değişirken,AVFC ölçüsü %60 ila %97 arasında gelişir. Önbellek bloklarının iptal edilmesine bağlı olarakyaşanan performans yükünü azaltmak için önerdiğimiz üçüncü yaklaşım önceden getirme ileiptal edilmiş bloğun yeni bir kopyasının önbelleğe getirilmeye çalışılmasıdır. Bu yaklaşımsayesinde deney testleri içindeki tüm uygulamalar için performans maliyetini (yükünü) %1den daha az azaltır. Ancak bunun için ikinci yaklaşımdaki güvenilirlik gelişiminden tolereedilebilir ölçüde vazgeçmek gerekir.