文献阅读（3）：Near-Memory Computing

目录

一、简介

1.题目：

2.时间：

3.来源：

4.简介：

5.论文主要贡献：

二、相关名词

三、 相关背景知识

1.不同计算机系统分类（早期、单核、多核、近内存计算、存算一体）

 2.设计空间探索（DSE）

四、论文结构梳理

1.对于一些主要NMC技术架构以及方案进行评估与分类

2.近内存计算面临的挑战

3.NMC设计空间探索

4.总结以及未来研究方向

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一、简介

1.题目：

A Review of Near-Memory Computing Architectures: Opportunities and Challenges

2.时间：

2018.08

3.来源：

IEEE Computer Society

4.简介：

本文是一篇综述文献，侧重于分析和组织关于近内存计算的大量文献。内存墙的问题一直存在并影响着计算机的性能，近年来随着各个领域均不断产生大量的数据，大量数据并行的情况下，频繁的数据移动会十分影响应用性能。此时将计算单元放置在数据（内存）附近，也就是近内存计算可以有效提升计算机性能。

5.论文主要贡献：

（1）分析和组织了不同维度的关于近内存计算的大量文献。

（2）为近内存系统的设计空间探索提供了指导方针。

（3）通过一个case来阐述近内存计算的潜力，并与传统计算方法进行了比较。

（4）概述了未来的研究方向以及相关领域面临的挑战。

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二、相关名词

NMC：near-memory computing，近内存计算

CIM：computation in memory（compute in memory），存算一体（存储器计算）

TLB：translation lookaside buffer，转移后备缓冲器

PCA：principal components analysis，主成分分析

DAG：direct acyclic graph，有向无环图

IR：intermediate representation，中间表示

PCM：phase-change memory，相变存储器

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三、 相关背景知识

1.不同计算机系统分类（早期、单核、多核、近内存计算、存算一体）

 2.设计空间探索（DSE）

Design Space Exploration，设计空间探索 (DSE) 是指根据感兴趣的参数对不需要的设计点进行系统分析和修剪，也就是说在特定感兴趣参数的每个实现选项之间进行权衡分析。

感兴趣的参数可能因系统而异，但常用的参数是功率、性能和成本。尺寸、形状、重量等其他因素对于某些手持系统（如手机和平板电脑）可能很重要。随着移动设备使用的增加，能量也与功率和性能一起成为主流的优化参数。

设计空间探索是从试探性设计点空间中寻找最能满足所需设计要求的一个或多个设计解决方案的过程，是指在实施之前探索设计备选方案的活动。DSE 能够在潜在候选设计的空间内进行操作，因此可用于许多任务程任务，包括快速原型设计、优化和系统集成。DSE的主要挑战来自探索的设计空间的庞大规模，大型系统具有数百万甚至数十亿种可能性，不可能进行枚举设计空间中的每个点。鉴于电子系统的复杂规格和过多的设计选择，包括组件的选择、组件的数量、每个组件的操作模式、组件之间的连接、算法的选择等；设计决策需要基于系统的探索过程。 然而，由于实现相同功能的方式多种多样，因此探索过程很复杂。研究人员一直在努力简化DSE的复杂性，开发探索工具、实现自动化DSE。

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四、论文结构梳理

1.对于一些主要NMC技术架构以及方案进行评估与分类

评估标准以及架构（按年份排列）详情如下图所示。第三节介绍的是在主存附近进行计算的架构，第四节介绍的是在存储类内存（比如闪存和PCM等）附近进行计算。这两节中又分别按照可编程单元、固定功能单元以及可重构单元进行分类。

 

2.近内存计算面临的挑战

第五节中提到最大的挑战之一就是cache和虚拟内存缺乏互用性（互操作性）。分别讲述了虚拟内存技术支持、cache（缓存）一致性、编程模型以及数据映射使用的技术以及面临的挑战。

3.NMC设计空间探索

 

4.总结以及未来研究方向

文章中分析了很多现有的NMC系统，提出了一些未来的研究方向：支持NMC的内存技术、NMC通用的工具、开源工具和可重现性、节能、混合内存设计、3D堆叠技术中新的电源和散热方案以及合适的数据映射方法等。