内存延迟是否受CPU频率的影响？这是内存控制器管理内存电源的结果吗？

Question

我基本上需要一些帮助来解释/证实一些实验结果。

基础理论

在关于DVFS的论文中表达的一个共同观点是，执行时间有片上组件和片外组件。片上组件的执行时间与CPU频率成线性关系，而片外组件则不受影响.

因此，对于CPU绑定应用程序，CPU频率与指令退休率之间存在线性关系.另一方面，对于内存绑定应用程序，缓存经常丢失，DRAM必须频繁访问，这种关系应该是仿射的(其中一个不只是另一个的倍数，还必须添加一个常量)。

实验

我在做实验，研究CPU频率如何影响不同内存有界水平下的指令停用率和执行时间。

我用C编写了一个测试应用程序，它遍历一个链接列表。我实际上创建了一个链接列表，其单个节点的大小等于缓存行的大小(64个字节)。我分配了大量内存，这是缓存行大小的倍数。

链接列表是循环的，因此最后一个元素链接到第一个元素。此外，此链接列表随机遍历分配内存中的缓存行大小的块.在分配的内存中，每个缓存行大小的块都被访问，并且没有任何块被访问超过一次。

由于随机遍历，我认为硬件不可能使用任何预取。基本上，通过遍历列表，您有一个没有跨步模式、没有时间局部性和没有空间局部性的内存访问序列。另外，由于这是一个链接列表，只有在上一次访问完成后才能开始一个内存访问。因此，内存访问不应该是可并行的。

当分配的内存量足够小时，除了初始预热之外，您应该没有缓存丢失。在这种情况下，工作负载是有效的CPU约束和指令退休率非常清楚地与CPU频率。

当分配的内存量足够大(大于LLC)时，您应该丢失缓存。工作负载是内存绑定的，指令退休率不应随着CPU频率的增加而增加。

基本的实验装置类似于这里描述的"Linux "cpufreq“子系统报告的实际CPU频率与CPU频率“。

上面的应用程序会在一段时间内重复运行。在持续时间的开始和结束时，对硬件性能计数器进行采样，以确定在持续时间内退出的指令数量。还测量了持续时间的长度。平均指令退休率是以这两个值之间的比率来衡量的。

使用Linux中的“用户空间”CPU频率调控器，可以在所有可能的CPU频率设置中重复这个实验。另外，还对上述CPU绑定情况和内存绑定情况进行了重复实验。

结果

以下两幅图分别显示CPU绑定案例和内存绑定案例的结果。在x轴上，CPU时钟频率在GHz中指定.在y轴上，指令退休率在(1/ns)中指定.

为重复上述实验设置了一个标记。这一行显示了如果指令退休率以与CPU频率相同的速度增长，并通过最低频率标记时，结果将是什么。

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CPU绑定情况的结果。

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内存绑定情况的结果。

结果对于CPU绑定的情况来说是有意义的，但对于内存绑定的情况则不那么有意义。内存绑定的所有标记都低于预期的行，因为指令退休率不应以与内存绑定应用程序的CPU频率相同的速度增长。标志似乎落在直线上，这也是意料之中的。

然而，随着CPU频率的变化，指令退休率似乎也发生了阶段性变化.

问题

是什么导致指令退休率的步骤变化？我唯一能想到的解释是，随着内存请求速率的变化，内存控制器正在以某种方式改变内存的速度和功耗。(随着指令退休率的提高，内存请求的速率也应该增加。)这解释正确吗？

Answer 1

您似乎有您预期的结果-- cpu绑定程序的大致线性趋势，以及内存绑定情况( cpu受影响较小)的浅仿射趋势。您将需要更多的数据来确定它们是否是一致的步骤，或者它们是否是--正如我所怀疑的--主要是随机抖动，这取决于列表的好坏。

cpu时钟会影响总线时钟，这会影响时间等等--不同时钟总线之间的同步一直是硬件设计者的挑战。你的步距是有趣的400 Mhz，但我不会从中得出太多-一般来说，这类东西太复杂和具体-硬件依赖于正确的分析，没有内存控制器使用的‘内部’知识，等等。

(请画出最合适的线条)