相變存儲器的能耗優化算法研究.pdf

1、相變存儲器(PhaseChangeMemory，PCM)是一種新型的非易失隨機訪問存儲器，同時也是最有潛力的下一代通用存儲器。它具有高存取速度、非易失性、高容量、工藝簡單和可變位等優點。然而，較高的寫能耗是PCM在實際應用中面臨的主要問題之一。不同于閃速存儲器，PCM的可變位特點使得對PCM的寫操作不需要單獨的擦除步驟，也就是說，當要寫的輸入數據中的位與PCM上對應的目標位一致時，PCM上的位不需要變換，即減少一次不必要的寫操作。因此，

2、解決寫能耗問題的一個最有效的方法就是減少對PCM的寫操作數。
　　針對用作輔助存儲器的PCM，本文提出了一種基于分塊的寫機制來增加寫操作的靈活性。在該寫機制中，輸入數據塊和PCM上的目標數據塊被劃分成多個同等大小的小數據塊，使得各個小輸入數據塊可以靈活地被寫入任意一塊小目標數據塊。針對輔助存儲器寫機制，本文提出一種基本的塊寫算法來減少PCM上的寫操作數。在該基本寫算法中，如果輸入數據塊與目標數據塊之間的一致性小于50％，則輸入數據

3、塊在被寫入之前需先置反。
　　另外，在基于分塊的寫機制的基礎上，本文提出了兩種不同的寫算法—基于貪心算法的次優寫算法和基于二分圖最佳匹配的最優寫算法。其中，基于貪心算法的次優寫算法采用貪心算法來分配各個小輸入數據塊，即每一塊要寫的小輸入數據塊都從可用的小目標數據塊中選取最佳的一塊來寫。而基于二分圖最佳匹配的最優寫算法則先使用二分圖最佳匹配算法(kuhn-munkras)找到小輸入數據塊和小目標數據塊之間的最佳匹配，然后根據該最佳匹

4、配來分配各個小輸入數據塊。其中，兩種寫算法都采用了基本的塊寫算法來將小輸入數據塊寫入對應的小目標數據塊中。
　　實驗結果顯示，與已有的DCW算法相比，本文提出的基于貪心算法的次優寫算法平均能耗減少11.29％（最高達18.63％），而基于二分圖最佳匹配的最優算法平均能耗減少12.80％（最高達20.86％）;與已有的Flip-N-Write算法相比，基于貪心算法的次優寫算法平均能耗減少13.30％（最高達20.71％），而基于二分