Highly Accurate Cache Block Replacement for ZCache in Embedded Processors

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  • 組込みプロセッサ向けZCacheのキャッシュブロック置換の高精度化

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ZCacheと呼ばれるキャッシュメモリが存在する．ZCacheは同一連想度の通常のキャッシュと比べ，参照オーバヘッドを抑えて置換対象候補を増加させる特性をもつ．将来，最も最近まで参照されていないブロックを置換対象に選ぶ(LRU)とき，置換対象候補が多い方がキャッシュの効率化利用に貢献することは自明である．しかしながら，ZCacheはLRUを実現する場合，多量のハードウェア量を必要とする弱点をもつ．このため，これまでのZCacheでは精度の低い擬似LRUの実現しかなされていない．本研究では，組込みシステムの特性を利用して，ZCacheの置換方針を強化する．組込みシステムは規模の小さい固定のプログラムが動作する特性を持つことから，製品として出荷する前に事前実行し，実行プロファイルを取得することが可能となる．本研究はこのプロファイルを利用し，各キャッシュブロックタグに置換のための情報を持たせ，擬似LRUを高精度化する手法を提案する．

There is cache memory which is called ZCache. ZCache can increase candidates for replacement with low reference overhead compared with conventional cache memories which adopt the same associativity. More candiates for replacement obviously contribute effective utilization of caches when a replacement policy which select least reacently used (LRU) blocks is used. However, ZCache have a major downside that larger hardware is required if accurate LRU implementation is needed. Therefore, so far, only low accurate LRU implementation(pseudo LRU) is achieved on ZCache. In this study, we improve replacement policy on ZCache by exploiting characteristics of embedded systems. Since embedded systems have characteristics that only samll programs run on the system and the programs will be never changed, it allows to obtain profiles by pre-executing those programs before it is shipped as products. In this paper, we propose a technique which give conventional pseudo LRU replacement policy on ZCache to accuracy by exploiting profiles and adding each cache block tag to informations which is used for more accurate replacement.

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