中國高通量計算機的自主研發之路
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標簽化體系結構
為了在高吞吐、低延遲的同時還能實現高利用率，我們提出了標簽化馮?·?諾依曼體系結構（Labeled von Neumann Architecture，LvNA；圖?1）。LvNA?的主要思想，是在經典馮?·?諾依曼體系結構之上增加一套基于標簽機制的可編程接口，使得總線與共享硬件部件支持“DIP”能力，即?D—區分（Distinguishing）、I—隔離（Isolation）、P—優先化（Prioritizing），從而降低計算機系統內部因資源競爭造成的干擾。
圖 1 標簽化馮 ·諾依曼體系結構
D屬性標簽機制。在?LvNA?中，標簽將依附于所有的數據訪問請求中，用于標識該請求來源于哪一個應用（或應用類別），并隨著數據訪問請求一同在整個計算機系統中傳播。這樣，總線和共享硬件部件就可以通過檢查數據訪問請求的標簽來對不同應用（或應用類別）的請求進行區分，從而支持區分屬性（D?屬性）。
I屬性標簽機制。總線和共享硬件部件可以在對數據訪問請求進行來源區分的基礎上，對請求所訪問的空間資源（如緩存、內存地址空間等）進行隔離，減緩或消除因為空間資源的共享沖突帶來的干擾，從而支持隔離屬性（I?屬性）。
P屬性標簽機制。總線和共享硬件部件可以在對數據訪問請求進行來源區分的基礎上，對請求所使用的性能資源（如隊列、帶寬等）進行優先化，減緩或消除因為性能資源的共享沖突帶來的干擾，從而支持優先化屬性（P?屬性）。
基于上述標簽機制，控制邏輯按照預先設定的規則，以標簽為依據對相應的數據訪問請求實施不同的性能調控策略。這些性能調控策略是軟件可編程的，并且可以做到比傳統操作系統的性能調控更為細粒度，從而對延遲敏感型應用會有更優的性能調控效果。
LvNA?對硬件的增強并不改動現有指令的語義，因此對軟件系統沒有侵入性，可以做到無須修改操作系統和應用程序。此外，LvNA?不依賴于處理器流水線結構的改動，因而可以適用于任意處理器。