GPU存储管理系统的设计与实现

【摘要】随着半导体技术的不断发展,频率墙、功耗墙以及存储墙问题不断涌现,单核处理器对于大规模数据并行计算领域已显得力不从心,图形处理器(GraphicProcessingUnit,GPU)从协处理器的角色逐渐转变为一种专门用于处理图形数据的超大规模系统芯片。对于大规模并行计算,GPU拥有CPU望尘莫及的处理速度,主要得益于其拥有大量计算单元与高速的存储带宽。因此图形图像数据的存取带宽直接决定着整个图形处理器的性能。通过对传统GPU结构以及存储管理系统进行详细研究与分析,本文用硬件设计方法实现了异构多核图形处理器(HeterogeneousMulti-coreGraphicProcessorUnit,HMGPU)存储管理系统,用以满足自主设计的HMGPU在进行实时并行渲染过程中的存取访问需求。本文首先对HMGPU的编程模型OpenGL1.3标准进行分析,得出需要存储于HMGPU存储系统中的数据有：纹理图像、固定加载程序、缓冲区对象数据和显示列表等数据,其中纹理图像与固定加载程序具有比较连续的规整性,而缓冲区对象与显示列表数据随应用程序变化而变化,为了能够同时兼顾存储空间利用率与存储管理系统设计的简单性,将存储区划分成固定分区与分页式分区两大部分,分别对大片连续数据与小片非连续数据进行管理；与此同时,根据HMGPU流水线部件对每一类数据的具体操作方式,得出存储管理系统的外部接口,设计GPU存储管理系统。本存储管理系统采用HDL语言进行硬件电路描述与仿真,并使用SystemVerilog语言搭建存储管理系统仿真平台,自动地比较仿真结果,提高了仿真效率,节省了仿真时间。最后,将本存储系统应用于HMGPU中,并在XilinxDNV6_F2PCIEFPGA开发板上进行验证。实验结果表明,该存储管理系统功能正确,能实时响应HMGPU的存储访问,满足图形渲染过程中存取图形数据的要求。
【作者】肖灵芝；
【导师】韩俊刚；
【作者基本信息】西安邮电大学，计算机应用技术，2013，硕士
【关键词】图形处理器；硬件设计；存储管理系统；

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