本发明专利技术公开了一种基于Gem5框架的多GPU仿真模拟方法，用于晶圆级系统,包括：搭建Gem5系统模拟运行环境，下载源文件、编译、运行；创建多个GPU组件，并将多个GPU的L2缓存分别连接到Directory上，Directory再将其分别指向各个GPU所属的内存段；更改ROCk驱动，为一个或多个程序创建多个软件队列，并分配给多个GPU，为每个GPU均创建一个doorbell region；采用搭建的Gem5系统对多GPU的所述晶圆级系统进行仿真测试、验证系统性能。可见，本发明专利技术实现了多GPU间的通信、交互与调度，从而减少了晶圆级系统的设计时间，降低了系统的验证成本；本发明专利技术还公开了一种基于Gem5的GPU仿真模拟装置及存储介质。质。质。
【技术实现步骤摘要】
基于Gem5框架的晶圆级多GPU仿真方法、装置及存储介质
[0001]本专利技术涉及晶圆级GPU设计仿真模拟
，更具体地说，涉及一种基于Gem5框架的晶圆级多GPU仿真方法、装置及存储介质。
技术介绍
[0002]GPU凭借其强大的并行计算能力，使得大多应用都得到了不同程度上的性能提升。自从GPU被用于通用计算领域以来，研究人员已经开发了一系列GPU架构模拟器，来支持人们对GPU架构的探索，完成不同的应用程序在多GPU平台上的并行化，并能获得更好的结果。
[0003]最初开发的GPU模拟器，如GPGPU
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Sim和Multi2
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Sim，是为单个GPU平台开发的，不支持对多GPU的扩展。后来出现的Gem5 模拟器是一款可配置、集成多种指令集和GPU 模型的体系结构模拟器。它对 M5 模拟器和 GEMS模拟器进行了混合集成。M5 模拟器由美国密西根大学开发，主要侧重模拟 GPU 模型和指令集。GEMS 模拟器由美国威斯康辛大学开发，能够对存储层次进行灵活模拟，支持多种 cache一致性和片上互联模型。
[0004]随着技术的发展，在市场对AI、数据中心等并行计算应用的需求推动下，GPU已经发展为多线程、多核和并行度高的处理器，GPU 高度并行的强大的计算能力使得高性能计算成为时代的趋势。这种颠覆了传统多核系统的架构，除了带来的高性能低功耗等优势，也给芯片设计、硬件架构以及一系列资源管理策略带来新的挑战。
[0005]在晶圆级系统设计中，拥有着大量的预制件，每一个预制件都可以是一个单独的GPU。然而上述模拟器虽然具有丰富的配置选项，但它们在设计时每次仅能仿真一个GPU，也只能对这一个GPU的内部更改配置选项。因此，在晶圆级系统的设计过程中，采用现有的模拟器仅能实现预制件的逐个仿真，这增加了晶圆级系统的设计时间以及验证成本。
[0006]因此，如何降低晶圆级系统的设计时间以及验证成本，是本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于Gem5的GPU仿真模拟方法、装置及存储介质，通过在晶圆级系统设计时能够仿真多个GPU的模拟器以解决上述技术问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于Gem5的GPU仿真模拟方法，用于晶圆级系统，其特征在于，包括以下步骤：S1：搭建Gem5系统模拟运行环境，包括下载源文件、编译、运行；S2：在Gem5系统中创建多个GPU组件，并将多个GPU的L2缓存分别连接到Directory上，Directory再将其分别指向各个GPU所属的不同内存段；S3：更改Radeon Open Compute kernel(ROCk)驱动，为一个或多个程序创建多个软件队列，并分配给多个GPU，为每个GPU均创建一个doorbell region；S4：采用搭建的Gem5系统对多GPU的所述晶圆级系统进行仿真测试、验证系统性能。
[0009]其中，所述步骤S2具体包括：步骤S21：在GPU 组件创建过程中，采用从0到N循环重复创建N个GPU组件，N为GPU的个数；步骤S22：为每个GPU组件创建Shader、Compute Units、HSAPacketProcessor、 GPUDispatcher以及GPUCommandProcessor；步骤S23：重新构建拓扑结构，将每个GPU都作为一个Node连接到Directory上，模拟PCIE的交互模式；步骤S24：在Directory内部，增加每个Node分别指向不同的内存段，步骤S25：在GPU的Viper系统中，增加采用从0到N循环重复为每个GPU组件添加Cache；步骤S26：在GPU的TLB配置中，为每个GPU组件分别设置一个TLB hierarchy。
[0010]其中，所述步骤S3具体包括：步骤S31：当user space的代码调用系统的ioctl函数时，请求ROCk创建一个队列，ROCk通过ioctl()的参数得到GPU的ID，将kernel分配到对应的GPU；步骤S32：为ROCk创建一个哈希表来维护队列到GPU的对应关系，使ROCk记录每个队列对应的GPU；步骤S33：为每个GPU均创建一个doorbell region；步骤S34：在mmap()函数的输入参数中增加offset参数；步骤S35：在mmap()函数中增加计算逻辑，通过起始地址、长度、偏移值，计算出物理内存中对应的GPU所属的内存映射地址。
[0011]一种基于Gem5框架的多GPU仿真模拟装置，用于晶圆级系统，其特征在于，所述仿真装置包括以下模块：环境搭建模块，用于搭建Gem5系统模拟运行环境，包括下载源文件、编译、运行；GPU组件创建模块，用于创建多个GPU组件，并将多个GPU的L2缓存分别连接到Directory上，Directory再将其分别指向各个GPU所属的不同内存段；ROCk驱动更改模块，用于更改 Radeon Open Compute kernel(ROCk)驱动，为一个或多个程序创建多个软件队列，并分配给多个GPU，为每个GPU均创建一个doorbell region；测试验证模块，用于采用搭建的Gem5系统对多GPU的所述晶圆级系统进行仿真测试、验证系统性能。
[0012]其中，所述GPU组件创建模块具体包括：循环创建模块，用于在GPU 组件创建过程中，采用从0到N循环重复创建N个GPU组件，N为GPU的个数；组件配置模块，用于为每个GPU组件创建Shader、Compute Units、HSAPacketProcessor、 GPUDispatcher以及GPUCommandProcessor；拓扑结构构建模块，用于重新构建拓扑结构，将每个GPU都作为一个Node连接到Directory上，模拟PCIE的交互模式；内存映射模块，用于在Directory内部，增加每个Node分别指向不同的内存段；缓存配置模块，用于在GPU的Viper系统中，增加采用从0到N循环重复为每个GPU组
件添加Cache；TLB配置模块，用于在GPU的TLB配置中，为每个GPU组件分别设置一个TLB hierarchy。
[0013]其中，所述ROCk驱动更改模块具体包括：队列创建模块，用于当user space的代码调用系统的ioctl函数时，请求ROCk创建一个队列，ROCk通过ioctl()的参数得到GPU的ID，将kernel分配到对应的GPU；哈希表创建模块，用于为ROCk创建一个哈希表来维护队列到GPU的对应关系，使ROCk记录每个队列对应的GPU；doorbell region配置模块，用于为每个GPU均创建一个doorbell region；offset配置模块，用于在mmap()函数的输入参数中增加offset参数；逻辑计算模块，用于在mmap()函数中增加计算逻辑，通过起始地址、长度、偏移值，计算出物理内存中对应的GPU所属的内存映射地址。
[0014]一种计算机可读存储介质，其上存本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于Gem5框架的多GPU仿真方法，用于晶圆级系统，其特征在于，包括以下步骤：S1：搭建Gem5系统模拟运行环境，包括下载源文件、编译、运行；S2：在Gem5系统中创建多个GPU组件，并将多个GPU的L2缓存分别连接到Directory上，Directory再将其分别指向各个GPU所属的不同内存段；S3：更改 Radeon Open Compute kernel(ROCk)驱动，为一个或多个程序创建多个软件队列，并分配给多个GPU，为每个GPU均创建一个doorbell region；S4：采用搭建的Gem5系统对多GPU的所述晶圆级系统进行仿真测试、验证系统性能。2.根据权利要求1所述的基于Gem5框架的多GPU仿真方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S21：在GPU 组件创建过程中，采用从0到N循环重复创建N个GPU组件，N为GPU的个数；S22：为每个GPU组件创建Shader、Compute Units、HSAPacketProcessor、 GPUDispatcher以及GPUCommandProcessor；步骤S23：重新构建拓扑结构，将每个GPU都作为一个Node连接到Directory上，模拟PCIE的交互模式；步骤S24：在Directory内部，增加每个Node分别指向不同的内存段；步骤S25：在GPU的Viper系统中，增加采用从0到N循环重复为每个GPU组件添加Cache；步骤S26：在GPU的TLB配置中，为每个GPU组件分别设置一个TLB hierarchy。3.根据权利要求2所述的基于Gem5框架的多GPU仿真方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：步骤S31：当user space的代码调用系统的ioctl函数时，请求ROCk创建一个队列，ROCk通过ioctl()的参数得到GPU的ID，将kernel分配到对应的GPU；步骤S32：为ROCk创建一个哈希表来维护队列到GPU的对应关系，使ROCk记录每个队列对应的GPU；步骤S33：为每个GPU均创建一个doorbell region；步骤S34：在mmap()函数的输入参数中增加offset参数；步骤S35：在mmap()函数中增加计算逻辑，通过起始地址、长度、偏移值，计算出物理内存中对应的GPU所属的内存映射地址。4.一种基于Gem5框架的多GPU仿真装置，用于晶圆级系统，其特征在于，所述仿真装置包括以下模块：环境搭建模块，用于搭建Gem5系统模拟运行环境，包括下载源文件、编译、运行；GPU组件...
【专利技术属性】
技术研发人员：王偲柠，邵阳雪，刘战伟，魏帅，李沛杰，裴雪，于洪，
申请(专利权)人：嵩山实验室，
类型：发明
国别省市：
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