Although snoop-based coherence protocols provide fast cache-to-cache transfers with a simple and robust coherence mechanism, scaling the protocols has been difficult due to the overheads of broadcast snooping. In this paper, we propose a coherence filtering technique called subspace snooping, which stores the potential sharers of each memory page in the page table entry. By using the sharer information in the page table entry, coherence transactions for a page generate snoop requests only to the subset of nodes in the system (subspace). However, the coherence subspace of a page may evolve, as the phases of applications may change or the operating system may migrate threads to different nodes. To adjust subspaces dynamically, subspace snooping supports two shrinking mechanisms, which remove obsolete nodes from subspaces.
Subspace snooping can be integrated to any type of coherence protocols and network topologies. As subspace snooping guarantees that a subspace always contains the precise sharers of a page except for speculative shrink, it does not restrict the designs of coherence protocols and networks. We evaluate subspace snooping with Token Coherence on un-ordered mesh networks. For scientiffic and server applications on a 16-core system, subspace snooping reduces 62% of snoops on average.
기존의 싱글 코어 기술은 과도한 전력 소모로 인하여 성능 향상의 한계에 이미 도달하였고 이를 극복하기 위하여 현재 프로세서 기술은 다수>의 코어를 하나의 칩에 장착한 멀티코어로 진화하였다. 코어의 수가 증가함에 따라 코어들 간의 통신을 향상할 수 있는 방법이 연구되어 왔으며, 현재의 공유 메모리에 기반을 둔 멀티코어의 경우 코어들 간의 통신은 캐쉬 일관성(Cache Coherence) 프로토콜에 의해 구현되고 있고, 이를 다양한 방법을 통해 최적화하는 노력이 계속되고 있다. 기본적인 스눕 방식의 프로토콜의 경우 캐쉬의 일관성을 위해서 모든 프로세서에게 메시지를 전달함으로 인해서 통신의 양이 매우 많아진다는 단점은 있지만, 단순하고 구현하기 쉽다는 장점을 가지고 있다. 이에 반해 디렉터리 프로토콜의 경우 필요한 프로세서에게만 메시지를 보내기 때문에 통신의 양은 매우 적어지지만 구현하기 어렵고 복잡하다는 단점이 있다.
본 논문에서는 기본적인 스눕 프로토콜의 통신양이 많은 문제점을 해결하기 위한 방법을 제시한다. 기존의 많은 연구들은 일반적으로 많은 하드웨어적인 도움을 통해 캐쉬 일관성 프로토콜의 최적화에 노력해 왔으나, 이 논문에서는 운영체제와 하드웨어가 함께 문제를 해결하도록 하>고, 성능 향상 및 전력 소모를 최소화하는 데에 중점을 두었다. 운영체제가 관리하는 페이지 테이블을 확장하여 각 페이지를 공유하는 코어를 기억해 두고, 변환 참조 버퍼에서도 이를 기억하고 있도록 한다. 따라서 캐쉬 일관성을 위한 메시지는 그 페이지를 공유하고 있는 코어들에게만 보내도록 함으로써 불필요한 메시지들을 많이 줄일 수 있다.
