面向圖搜索的流加速部件片上數(shù)據(jù)通路的設計、實現(xiàn)及性能優(yōu)化.pdf

1、近年來，信息社會的飛速發(fā)展引發(fā)了數(shù)據(jù)規(guī)模的爆炸式增長，大數(shù)據(jù)問題逐漸引起了研究者的廣泛關注。然而，大數(shù)據(jù)問題表現(xiàn)出與傳統(tǒng)科學計算問題不同的負載特性，使得通用處理器面臨嚴峻挑戰(zhàn)。圖問題是大數(shù)據(jù)中的典型問題，在分析大數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)對象間的關系中扮演著重要角色，尤其是以BFS算法為代表的圖搜索算法，更是廣泛存在于社交網(wǎng)絡、人工智能等眾多領域?？紤]到流處理器高性能、高效能等特點，探索基于流體系結構解決圖搜索大數(shù)據(jù)問題具有重要的意義。因此，本課題以

2、特定的流加速部件為研究平臺，面向圖搜索大數(shù)據(jù)問題，研究其片上數(shù)據(jù)通路的設計和優(yōu)化。
　　針對該流加速部件，本文在深入分析其執(zhí)行圖搜索算法時負載特性的基礎上，重點研究了其片上數(shù)據(jù)通路的設計與優(yōu)化，主要從以下四個方面展開研究：
　　第一，針對已有流處理器中的SRF數(shù)據(jù)通路，分析其在解決圖搜索問題時多線程訪問SRF激烈競爭的不足，提出了多體多控制器的SRF結構，增加SRF的并行度，并基于AXI協(xié)議實現(xiàn)了SRF中的體與處理器中的核之

3、間的交叉互連。該數(shù)據(jù)通路能夠均衡處理多線程訪問SRF的請求，且具有較好的吞吐帶寬，有效適應了處理器核對SRF的細粒度訪問。
　　第二，通過深入分析該流加速部件在執(zhí)行圖搜索算法時訪問SRF的負載特性，進一步優(yōu)化SRF數(shù)據(jù)通路，提出了處理器核私有SRF中的體方法，避免了它們之間復雜的交叉互連，提升了流加速部件的整體性能。
　　第三，分析已有流處理器中的訪存數(shù)據(jù)通路，針對其不適合多線程細粒度訪存的問題，設計了基于消息包的高并發(fā)、低

4、延遲的訪存數(shù)據(jù)通路，該方法不僅能夠均衡處理各線程的訪存請求，而且也具有較好的訪存帶寬和延遲，滿足了多線程處理圖搜索問題的需求。
　　第四，針對圖搜索算法中共享數(shù)據(jù)一致性的問題，首先探索了通過加解鎖SPM來維護一致性的方法，但發(fā)現(xiàn)該方法會導致訪問SPM的激烈沖突。然后，進一步研究了多線程執(zhí)行圖搜索算法時訪問共享數(shù)據(jù)的特性，提出了在訪存數(shù)據(jù)通路中加入事務型訪存的機制，通過原子性操作內(nèi)存中的共享數(shù)據(jù)來保護其一致性，避免了頻繁訪問SPM的