[发明专利]并行处理环境中的计算

说明书

一种计算系统包括一个或多个核。每个核包括处理器。在一些实现方案中，每个处理器耦合到所述核之间的通信网络。在一些实现方案中，每个核中的开关包括开关电路以便将通过数据路径从其他核接收的数据转发到所述处理器和其他核的开关，以及将从所述处理器接收的数据转发到其他核的开关。还公开了一种缓存一致性协议，其包含“被占用”状态和转发状态，连同用于处理各种存储器请求的协议机制。

背景技术

本说明书涉及并行处理环境中的计算。

FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(专用集成电路)是用于实现定制化逻辑电路的两种示例性的方式。与ASIC相关联的成本包括验证、物理设计、时序收敛和非经常性成本。不同于ASIC，FPGA是可重新编程的，原因在于其可针对每种应用而被重新配置，并且即使在设计已发货给客户之后也可以改变，很像软件可以进行更新那样。然而，FPGA通常比ASIC更昂贵。相比于ASIC，FPGA通常消耗更多的功率并且具有更低的性能。

多核系统(例如，分片式处理器(tiled processor))使用并行处理来实现ASIC和FPGA两者的一些特征。例如，一些多核系统由于其针对一些功能使用定制逻辑而像ASIC那样功率高效，并且由于其能够以软件编程而像FPGA那样可重新配置。其他多核系统不是基于分片(tile)的。

多核系统包括缓存存储器和缓存控制器单元。缓存可以是多级的，通常是两级或三级，并且缓存可以是分布式的且可以关联于多核系统的核。当缓存是多级的和/或分布式时，一般有必要具有一致性方案。若干种一致性方案是已知的，包括所谓的“MESI协议”——一种经常与回写式缓存一起使用的基于无效的缓存一致性协议。在MESI协议中有4个状态——已修改状态、独占状态、共享状态和无效状态。

另一缓存一致性协议是MESI协议的变体，其包括附加的状态——“被占用状态(Owned state)”，并且通常被称为MOESI协议。包含被占用状态的优点在于，在被占用行可在许多缓存之间共享的同时，对被占用行进行占用的缓存具有修改该行的专有权，即，使被占用行成为“脏行(dirty line)”(在缓存内被修改但未在存储器内修改的行)。拥有脏行的被占用状态的缓存有责任向其他缓存(更广泛地讲，“新读取者器件”)提供最新值，以及在向存储器“回写”而从被占用缓存逐出的情况下将脏行回写到存储器。在该方案中，所有已读取脏行的缓存将会具有相同的值，该值是与存储器中的值不同的值(直到该行被从缓存逐出并回写到存储器)。

MESI协议的另一变体是添加转发状态(Forward state)(MESIF)。转发状态的优点在于一个缓存被指定为必须向新读取者器件提供缓存行的缓存。这消除了来自存储器的带宽，并且还潜在地比必须从存储器读取缓存行更快速。“设定”了转发状态的缓存在该缓存逐出行时通知缓存目录，因为该缓存不再能够提供缓存行。然而，被逐出的行无需回写到存储器(如同被占用状态中那样)，因为其并未被修改。

发明内容

根据一个方面，一种系统包括多核处理器设备，所述多核处理器设备包括多个核，其中所述多个核中的多个核各自包括处理器，以及开关电路，该开关电路被配置用于将所述处理器耦合到所述多个核之间的网络。所述系统还包括跟踪缓存行的状态的目录，以及用于实现缓存一致性的缓存控制器，所述缓存控制器被配置用于：由所述目录接收来自读取者器件的要读取缓存行的读取请求，在所述目录中将所请求的缓存行的第一状态改变成转发状态，以及将具有被占用状态的所请求的读取缓存行供应给请求读取者器件。

其他方面包括缓存控制器、方法和多核处理器，以及以非暂时性的方式有形地储存在硬件存储或存储器设备上的计算机程序产品，所述硬件存储或存储器设备包括半导体、磁性、光学存储，以及半导体随机存储、只读、可编程只读存储器。

上述方面中的一个或多个可以包括以下优点中的一个或多个。