[论文解读] Tejas Simulator : Validation against Hardware

Smruti R. Sarangi, Rajshekar Kalayappan+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2015

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 3被引用 5

一句话总结

该论文通过使用 SPEC2006 和 SPLASH-2 基准测试，将 Tejas 架构模拟器与原生英特尔 Sandy Bridge 硬件进行了对比验证，分别实现了 11.45% 和 18.77% 的平均绝对误差率。该模拟器在准确性方面优于同期的 MARSS、Sniper 和 FastMP 等工具，尽管对底层微架构细节了解不完全，仍能高度精确地模拟真实硬件行为。

ABSTRACT

In this report we show results that validate the Tejas architectural simulator against native hardware. We report mean error rates of 11.45% and 18.77% for the SPEC2006 and Splash2 benchmark suites respectively. These error rates are competitive and in most cases better than the numbers reported by other contemporary simulators.

研究动机与目标

• 将 Tejas 架构模拟器与真实硬件进行对比验证，以实现准确的性能建模。
• 量化 Tejas 在多种工作负载（包括串行和并行基准测试）下的模拟准确性。
• 将 Tejas 与其他广泛使用的模拟器进行基准对比，以确立其相对准确性。
• 识别并分析在缺乏底层微架构细节知识的情况下，架构模拟中的误差来源。

提出的方法

• 将 Tejas 模拟器配置为尽可能贴近搭载英特尔 Sandy Bridge 架构的 PowerEdge R620 服务器的硬件配置。
• 使用 Linux 的 'perf' 命令对每个基准测试执行 10 次运行，测量实际硬件的周期计数。
• 在 Tejas 上使用相同的配置参数对相同基准测试进行模拟，以比较模拟周期计数与实际周期计数。
• 误差计算为模拟周期计数与实际周期计数之间绝对差值的平均值，覆盖所有基准测试。
• 基于目标硬件，精确建模了包括流水线宽度、缓存层次、重排序缓冲区（ROB）大小和内存延迟在内的模拟参数。
• 研究同时使用了串行（SPEC2006）和并行（SPLASH-2）工作负载，以评估不同执行模式下的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Tejas 模拟器在复制串行工作负载的实际硬件周期计数方面，其准确性如何？
• RQ2 并行工作负载的模拟误差水平如何？与其他模拟器相比表现如何？
• RQ3 对低层微架构细节（如分支预测器、一致性协议）的未知信息在多大程度上影响了模拟的准确性？
• RQ4 Tejas 与其他广泛使用的模拟器（如 MARSS、Sniper 和 FastMP）相比，在准确性方面表现如何？

主要发现

• 在 SPEC2006 基准测试套件中，Tejas 实现了 11.45% 的平均绝对误差，其中 17 个基准测试中有 10 个误差低于 10%。
• 在 SPLASH-2 套件中，平均绝对误差为 18.77%，仅有三个基准测试（radiosity、radix、water-spatial）的误差超过 25%。
• Tejas 在准确性方面优于 MARSS（SPEC2006 平均误差 23.46%）和 Sniper（SPLASH-2 平均误差 25%），表现出更优的准确性。
• FastMP 虽然平均误差较低（9.56%），但其个别基准测试误差高达 40%，而 Tejas 的最大误差约为 27%。
• 尽管对分支预测器和缓存一致性协议等低层组件的细节了解不完全，Tejas 仍实现了具有竞争力的准确性。
• 结果证实，Tejas 为架构研究提供了可靠且高保真的模拟环境。