Reducing the cost of persistence for nonvolatile heaps in end user devices

Abstrac

Explorando a substituição de DRAM por NVM na memória principal através de simulação

Orientadores: Rodolfo Jardim de Azevedo, Emílio de Camargo FrancesquiniDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O sistema de memória dos computadores tem se baseado fortemente no uso de memórias voláteis para prover um bom desempenho. A tecnologia SRAM é utilizada como um intermediário que acelera o acesso à memória principal, comumente composta pela tecnologia DRAM. Memórias não-voláteis são colocadas como memórias secundárias. Pelo fato dos dados persistentes estarem armazenados no nível de memória mais distante do processador, eles normalmente são manipulados de maneira indireta através de cópias transientes. Tais cópias transientes, além de possívelmente estarem presentes em mais de um nível de memória volátil, podem não ter a mesma forma de suas formas persistentes, o que leva à necessidade de uma tradução entre essas formas. Tecnologias emergentes de memórias não-voláteis (NVMs) prometem possibilitar a existência de dados persistentes na memória principal, permitindo que os mesmos sejam manipulados diretamente, e potencialmente reduzindo a quantidade de cópias transientes. Infelizmente, NVMs ainda não estão amplamente disponíveis no mercado, e pesquisas em seu uso são normalmente feitas através de simulação. Neste documento é apresentado um simulador que tem como fim explorar o uso de NVMs na memória principal. Por enquanto, a tecnologia DRAM provê um tempo de acesso inferior ao das NVMs, restringindo o uso de NVMs na memória principal em questão de desempenho. São mostrados aqui dois cenários para o uso do simulador. No primeiro caso, há a utilização de uma memória principal composta apenas de NVM. Como NVM é mais lenta, são observados certos slowdowns de até 5,3, mas em alguns programas o desempenho é marginalmente afetado. Em um segundo caso, há a exploração da memória híbrida, onde DRAM e NVM coexistem na memória principal. Uma API, chamada NVMalloc, é fornecida para permitir que programas consigam utilizar a não volatilidade presente na memória principal. É mostrado que há casos onde a manipulação direta dos dados persistentes é vantajosa, mas existem outros em que ainda é preferível trabalhar com cópias transientes na DRAM. É esperado que esse simulador seja utilizado como um ponto de partida para futuras pesquisas sobre o uso de NVMsAbstract: Computer memory systems have relied on volatile memories to enhance their performance for quite a time by now. SRAM technology is used at the closest layer to the CPU to accelerate the access time to the main memory, which is traditionally composed by DRAM technology. Non-volatile memories are left as secondary memories, serving as an extension of the main memory and allowing data to be persisted. Persistent data, for residing in the farthest memory layer from the CPU, are commonly not manipulated directly. They are indirectly manipulated with their transient copies that may differ, in form, from their persistent form. These transient copies will also be scattered throughout the several volatile memories in the memory hierarchy, incurring in data replication. This scenario may change with the adoption of emerging non-volatile memories (NVMs), like phase change memory for example, that may allow persistent data to exist in the main memory. This might allow a direct manipulation of persistent data, accelerating their access time and probably reducing the usage of replications. Unfortunately, NVMs are still not broadly available on the market, and research on their usage is still mostly done through simulation. We present a simulator to explore the usage of NVMs in the main memory. We demonstrate the usage of the simulator in two scenarios, the first where DRAM is completely replaced for NVMs, and the second in which a hybrid architecture employing DRAM and NVM is explored. For now, DRAM provides faster access times when compared with NVMs. We show that the use of a main memory composed exclusively of NVMs may incur in slowdowns as high as 5.3, but may be negligible in some cases. In the hybrid main memory scenario, we showed that, although persistent data can be manipulated directly, there are cases in which is still better to work with transient copies, depending on the frequency of usage of the persistent data. To allow programs to make use of the non-volatility presented in main memory, we provide an API, called NVMalloc, that is able to allocate persistent memory in the main memory. We expect the simulator to be a starting point for future researches regarding the usage of NVMsMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computação1564396CAPE