东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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面向云计算的多核处理器存储和网络子系统优化设计

ISSN号：1002-0470
期刊名称：高技术通讯
时间：2013
页码：360-367
分类：TP393.01[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
作者机构：[1]中国科学院计算机系统结构重点实验室,北京100190, [2]中国科学院计算技术研究所,北京100190, [3]中国科学院研究生院,北京100049, [4]北京龙芯中科技术服务中心有限公司,北京100190
相关基金：国家“核高基”科技重大专项（2010ZX01036-001-002,2009zX01028_002-003,2009ZX01029-001-003）和国家自然科学基金（61100163,61133004）资助项目.
相关项目：面向高计算密集度应用的片上多处理器并行处理关键技术研究

关键词：云计算, 多核处理器, 网络优化, 虚拟机, 计算机体系结构, cloud computing, multi-core processor, networking optimization, virtual machine, computer architecture

中文摘要：

针对传统多核处理器设计缺乏对虚拟机和典型云服务的支持的问题，分析了云计算数据中心和虚拟机的基本架构和特点，指出数据传输、网络性能、I／O虚拟化是一直未被关注的影响系统性能的关键因素，进而提出了一种改进的多核处理器设计方案。该方案通过采用片上内存拷贝引擎、改进直接内存访问（DMA）设计、改进直接缓存访问（DCA）设计和采用快速地址转换和远程内存访问（RDMA）技术，来较大地提高存储系统、网络、I／O的性能和系统的并行性。实验表明，该方案实现的单核800MHz处理器千兆以太网络TCP传输带宽较传统方案提高48．2％并达到峰值800Mbps，内存拷贝操作加速比达到14倍以上，快速傅立叶变换（FFF）和矩阵乘法加速比达到2倍以上，同时系统高速缓存效率显著提高。

英文摘要：

To solve the problem that traditional multi-core processer designs rarely consider to give support to virtual ma- chines and typical cloud services, the paper analyzes the typical architecture and characteristics of data-centers for cloud computing and virtual machines and points out that data transfer, network performance and I/O virtualization are the key but neglected factors affecting system performance, and based on the analysis, proposes an improved multi-core processor design scheme. The scheme uses the innovative technologies of on-chip memory copy engine, improved direct memory access （DMA）, improved direct cache access （DCA）, fast address translation and remote DMA （RDMA） to increase the performance of memory system, network, I/O and parallelism. The experimental results show that when the scheme is used, the TCP bandwidth can be increased by 48.2%, a peak bandwidth 800Mbps can be achieved in a Gigabit Ethernet, the memory copy can reach a speed up of 14 times compared with the traditional methods, the speeds of fast fourier transform （FFT） and matrix multiplication can be doubled, while the cache efficiency is significantly improved.

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