[论文解读] In-DRAM Bulk Bitwise Execution Engine

Vivek Seshadri, Onur Mutlu|arXiv (Cornell University)|May 23, 2019

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 122被引用 64

一句话总结

Ambit 在 DRAM 内部执行大规模按位运算，减少数据移动、延迟和大规模位向量工作负载的能耗。它向主机暴露一个新的执行模型，并提升数据库等应用的性能。

ABSTRACT

Many applications heavily use bitwise operations on large bitvectors as part of their computation. In existing systems, performing such bulk bitwise operations requires the processor to transfer a large amount of data on the memory channel, thereby consuming high latency, memory bandwidth, and energy. In this paper, we describe Ambit, a recently-proposed mechanism to perform bulk bitwise operations completely inside main memory. Ambit exploits the internal organization and analog operation of DRAM-based memory to achieve low cost, high performance, and low energy. Ambit exposes a new bulk bitwise execution model to the host processor. Evaluations show that Ambit significantly improves the performance of several applications that use bulk bitwise operations, including databases.

研究动机与目标

• 在各种应用中动机大量使用大位向量上的按位运算。
• 解决涉及内存通道传输的 bulk bitwise 操作所带来数据移动、延迟和能耗成本。
• 介绍 Ambit，一种在主内存中执行大规模按位运算的机制。
• 展示在 DRAM 内执行如何为按位工作负载提供低成本、高性能的支持。

提出的方法

• 利用 DRAM 的内部结构与模拟操作在内存内部执行大规模按位运算。
• 将 Ambit 作为暴露给主处理器的按位执行模型。
• 在具有代表性的工作负载上评估性能和能耗收益，包括数据库等。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何以低成本和低能耗在 DRAM 内部执行大规模按位运算？
• RQ2 在 DRAM 内执行按位运算为大型位向量工作负载提供了哪些性能和能耗方面的好处？
• RQ3 Ambit 如何影响严重依赖按位运算的工作负载（例如数据库工作负载）？

主要发现

• Ambit 通过避免昂贵的内存通道传输显著提高大规模按位工作负载的性能。
• 该机制利用 DRAM 的内部结构和模拟操作实现内存内的按位计算。
• 评估显示对使用大规模按位运算的应用（包括数据库工作负载）有显著改进。