处理器容错技术的发展与应用

2016-01-28李仁文

大科技 2016年24期

关键词：可信性微结构线程

李仁文

（成都七中（高新校区） 610041）

处理器容错技术的发展与应用

李仁文

（成都七中（高新校区） 610041）

容错就是当由于种种原因在系统中出现了数据、文件损坏或丢失时，系统能够自动将这些损坏或丢失的文件和数据恢复到发生事故以前的状态，使系统能够连续正常运行的一种技术。处理器容错技术在近年来备受关注，本文主要针对处理器容错技术的发展进行分析。

处理器容错技术；研究；发展

在集成电路产业的发展下，处理器系统瞬时故障的发生率越来越高，这主要是由于晶体管工作电压影响了集成电路的噪声容限，导致芯片容易受到外因的影响，而处理器主频的提升也在客观上导致芯片故障率增加。随着处理器系统的发展，关于处理器瞬态故障的容错技术也开始受到业界的关注，如何提升处理器的可信性也成为人们关注的重点问题。

1 处理器容错技术

1.1 线程级容错技术

目前，已经有众多学者针对SMT或CMP的多线程容错技术进行了研究。冗余多线程RMT通常情况下都是用于SMT处理器来完成容错，考虑到CMP的容错也被叫做芯片级冗余多线程。有学者将微线程技术融入到容错技术的相关领域，并且根据其特点构建了一套全新的用于微线程的粗粒度超指标容错结构MTB，并探讨了如何准确有效的进行运用。硬件的真正开发和利用的线程级容错是一种高效的、准确的和有科研价值的处理器容错处理方案。在技术水平的发展下，大量高性能处理器容错技术诞生，表现出良好的发展前景。

1.2 容错与低功耗技术的融合

在科技水平的发展下，低功耗和可信性已经成为评估一个处理器优良特性的重要参考依据。所以，正确地理解处理器中每个组成原件的功耗与可信性之间的联系及其交互性有着十分重要的研究意义。相关专家对Cache中的功耗与容错交互的相关问题进行了深入的研究。Zhang等人通过研究发现了一种遵循保护复制数据原则可以达到低功耗的机制：Somani等人对运用频率较高的Cache进行了研究，结果显示可以利用数据保护原理来降低功耗：Li等人在电路结构和微结构方面研究了可信性与低功耗交互与平衡系统之间存在的问题，并通过相关数据提出了一种自适应的的新型方式，该种方式是根据不一样复杂度编码实现对Cache中纯净数据和污数据的保护和处理。Zhang等人通过实验发现了一种检测点与动态电压共同调节DVS相结合的方式，利用该种方式在实现容错的时候可以对Cache进行全过程的动态功耗监控。此外功耗感知的自适应检测位点在任务级对功耗动态管理的时候还可以实现信号的容错。不一样的低功耗技术拥有完全不一样的可信行为，低功耗与可信性的交互与平衡问题已经受到相关理论界的高度关注。

1.3 性能功耗容错的交互

网络处理器NP的灵活运用为路由器等高性能网络设施的组建创造了灵活、高效的运营中心，就目前状况来看已经成为嵌入式领域的核心设备。比较有代表性的NP一般都会集齐了多处理与多线程技术，在一个芯片中构成多个运营程序，并具有快速执行的可编程微引擎ME，能够提供强大的数据处理和分析能力。Intel公司的IXP1200是NP最具代表性的结构，它主要是根据Stron-gARM处理器核、多个微引擎、一个核心内存接口和一个快速总线接口构成。伴随着核心频率的不断提高和复杂程度的上升，功耗已经成为目前NP设计中的核心要素之一。并且在这样的运营状况下，Luo等人开发了一个依附于IXP1200的更加准确的、节能的结构级性能功耗NP仿真框架——NePSim，这项技术在性能与功耗方面拥有非常优秀的效果。

2 处理器容错技术研究趋势展望

2.1 处理器结构

微结构级容错方式的量化研究主要从结构、微结构方面出发，在正确熟悉处理器所有组件容错行为的前提下进一步开发各种新机制，仍然是目前处理器容错研究的主要方向。就目前状况而言处理器容错量化评价系统还不够完善，还需要进一步研究和升级，处理器各构成原件容错方式的量化研究还有很长的路需要探索，多种结构、微结构容错机制还需要进一步的开发和创新。

2.2 软件与硬件技术的互助与交互

SIFT在航天领域的应用已经在全球范围内得到不同程度的重视，成为了一个国家的重要的核心技术。就目前状况而言，许多处理器的研究已经得到广泛的关注，软件的运用与硬件机理在不同方面上的互助与交互是处理器容错必须解决的重要难题。性能，功耗，容错的融合与平衡容错和高性能和低功耗相同已经发展成为处理器设计、生产的核心参考指数，容错与高性能、低功耗技术高度融合，性能，功耗，容错的互助与平衡是一个研究难点，相关学者在这个领域已经进行了大量研究。

2.3 线程级容错的运用

许多研究将时间冗余技术划分为指令级和线程级，根据SMT或CMP构成多线程序，这样线程级容错在全球范围内已经有许多比较成功的例子，不过运用隐式多线程的还是屈指可数。正是鉴于从容错技术角度进行的处理器分类，相关学者提出了基于硬件的线程级处理器容错技术——MTB结构。通过实验与运用可以看出硬件实现的线程级容错是一个十分有发展前景的新技术。