Архитектура кэш-памяти в «системах на кристалле» для мультимедийных приложений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кравцов Александр Сергеевич

• Кравцов Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Кравцов Александр Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ КЭШ ПАМЯТИ

1.1 Кэш-память

1.2 Элементы устройства кэш-памяти

1.3 Принципы построения кэш-памяти

1.3.1 Размер кэш-памяти

1.3.2 Записывающий/ считывающий тип

1.3.3 Стратегия замены

1.3.4 Предварительная выборка

1.3.5 Разбивка на разделы

1.3.6 Расположение строки

1.3.7 Параллельная обработка данных

1.3.8 Обобщение методов оптимизации кэш-памяти 57 ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 59 ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

3.1 Создание специальной архитектуры кэш-памяти

3.2 Измерение эффективности кэш-памяти

3.3. Выбор модели систематизации и анализа полученных данных

3.3.1. Применение статистических методов

3.3.2. Модель линейной регрессии

3.3.3. Метод наименьших квадратов

3.3.4. Выбор необходимых переменных при спецификации модели

3.4. Программа работы со статистическими данными Б1а1а8

3.5. Работа со статистическими данными

3.6. Обработка полученных результатов 102 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача микроэлектроники состоит в разработке и изготовлении сложных микро- и наноэлектронных устройств, состоящих из блоков различного назначения и состава, объединённых и функционирующих в составе единого изделия. Большинство сложных выпускаемых изделий, таких как СБИС, сим-карты, процессоры, МЭМС и др. содержат в своём составе блоки памяти, необходимые для их функционирования. При этом любая микроэлектронная вычислительная система работает с несколькими видами памяти, имеющими своё назначение.

Классически, как минимум, данные для своей последующей обработки хранятся в постоянной памяти типа различных твердотельных накопителей (съёмных или встроенных в систему). Иногда аналогичным образом хранится программное обеспечения для работы системы или отдельные программные модули, которые, по мере необходимости, загружаются в оперативную память вычислительной системы. Данные, при их обработке, также подгружаются в оперативную память.

Всё это необходимо для ускорения работоспособности систем ввиду того, что постоянная память всё же более медленная, чем процессорные системы и скорость процессорных вычислений [1 - 6]. При этом, размещать память достаточного объёма на одном кристалле с процессором экономически не выгодно. А развитие быстродействия памяти и процессорных систем идёт параллельно, поэтому разрыв в быстродействии остаётся, хотя его и пытаются максимально сократить, в том числе, за счёт снижения каналов передачи данных и т.п.

Производительность компьютерной системы зависит от её подсистемы памяти так же сильно, как и от микроархитектуры процессора. Можно считать, что память идеальна и к ней можно обратиться всего за один такт. Однако это соответствует только очень маленькой памяти или очень медленному процессору! Ранние процессоры были сравнительно медленные, так что

память успевала за процессором. Но скорость работы процессоров росла быстрее, чем скорость памяти. В настоящее время оперативная память типа DRAM (Dynamic Random Access Memory, динамическое запоминающее устройство с произвольным доступом, ДЗУПВ) медленнее процессора в 10100 раз [5]. Увеличивающийся разрыв требует всё более и более изощрённых подсистем памяти, чтобы попытаться приблизить скорость работы памяти к скорости процессора.

Рассмотрим подсистемы памяти и проанализируем различные компромиссы между их скоростью, ёмкостью и стоимостью.

ReadData

Рисунок 1. Интерфейс памяти [2] Процессор работает с памятью через интерфейс памяти. На Рис. 1 показан простой интерфейс к памяти, использованный в многотактном процессоре ARM. Процессор помещает адреса на шину адреса (Address), идущую к подсистеме памяти. Для чтения управляющий сигнал записи (MemWrite) устанавливается в 0, а память возвращает данные по шине чтения данных (ReadData). Для записи MemWrite устанавливается в 1, и процессор посылает данные в память по шине записи данных (WriteData).

Основные проблемы при разработке подсистемы памяти можно описать, рассматривая в качестве метафоры книги в библиотеке. На библиотечных полках располагается множество книг. Собравшись написать курсовую работу по толкованию снов, вы можете пойти в библиотеку, взять с полки книгу

Фрейда «Толкование сновидений» и принести её к себе в комнату. Просмотрев книгу, вы можете вернуть её обратно и взять работу Юнга «Психология бессознательного». Затем вы могли бы пойти обратно за «Толкованием сновидений», чтобы использовать ещё одну цитату из неё. А потом - за книгой Фрейда «Я и Оно». Очень скоро вы устанете бегать в библиотеку, и если не обделены разумом, то будете просто держать нужные книги у себя в комнате, вместо того чтобы таскаться за ними взад-вперёд. Более того, взяв книгу Фрейда, вы можете захватить ещё несколько его книг с той же полки (на всякий случай).

Эта метафора подчёркивает принцип, изложенный повсеместно, -«типичный сценарий должен быть быстрым». Оставляя в своей комнате книги, которые вы только что использовали или которые, возможно, понадобятся в ближайшем будущем, вы уменьшаете количество отнимающих много времени походов в библиотеку. В частности, вы используете принципы временной (temporal) и пространственной (spatial) локальности. Временная локальность означает, что если вы только что использовали книгу, то, вероятно, она вам снова скоро понадобится. Пространственная локальность означает, что если вам понадобилась определённая книга, то, вероятно, вас заинтересуют и другие книги с той же полки. Библиотека сама старается ускорить типичный сценарий, используя принцип локальности. У неё нет ни места на полках, ни денег, чтобы собрать все книги в мире. Вместо этого редко спрашиваемые книги хранятся в подвале. Также используется система межбиблиотечного обмена с соседними библиотеками, так что библиотека может предложить вам больше книг, чем физически имеется в наличии.

В итоге вы получаете выгоду как от большого собрания книг, так и от быстрого доступа к наиболее популярным книгам - благодаря иерархической системе хранения книг. Книги, с которыми вы работаете, находятся у вас на столе. Большое собрание - на полках местной библиотеки. Ещё большее собрание имеется в хранилище и в других библиотеках - оно доступно по предварительному запросу. Точно так же в подсистемах памяти используется

иерархия хранилищ, которая обеспечивает быстрый доступ к наиболее часто используемым данным и, одновременно, возможность хранения больших объёмов данных [6].

И неудивительно, что основной проблемой при разработке подсистемы памяти является создание подобной иерархии хранилищ, обеспечивающей быстрый доступ к наиболее часто используемым данным и, одновременно, возможность хранения больших объёмов данных.

Компьютерная память в основном построена на базе динамической (DRAM) и статической (SRAM) памяти. В идеале память должна быть быстрой, большой и дешёвой. Однако на практике любой тип памяти обладает только двумя из этих свойств; память либо медленная, либо дорогая, либо маленького объёма. Несмотря на это, компьютерные системы могут приближаться к идеалу, сочетая дешёвую, быструю и маленькую память с дешёвой, медленной и большой. Быстрая память используется для хранения часто используемых данных и команд, так что создаётся впечатление, что подсистема памяти всегда работает быстро. Остальные данные и команды хранятся в большой памяти, которая работает медленнее, но располагает большой ёмкостью. Комбинация двух дешёвых типов памяти - это куда менее дорогой вариант, чем одна большая и быстрая память. Такой подход распространяется на иерархию всех видов памяти, так как при росте объёма памяти снижается скорость её работы [7].

На рисунке 2 показаш, как по мере совершенствования технологии изготовления изделий микроэлектроники возрастала прoизвoдительнocть тамяти и увеличивался её разрыв с произвoдитeльнoстью ^o^c^pa.

Из рисунка видно, что производительность процессора сильно превышает производительность памяти в тот же момент времени. Такой разрыв только увеличивается при уменьшении топологических проектных норм и при внедрении многоядерных систем.

Год

Относительная производительность процессора А

Относительная производительность памяти Б 1 2 3 4,5 6 7,5

Разница А/Б 1 2,5 10 55,6

Рис. 2. Сопоставление относительной производительности процессора

и памяти

Обычно для памяти компьютера используются микросхема динамической памяти (DRAM). В 2015 году типичный персональный компьютер имел оперативную память объёмом порядка 8-16 ГБ, и стоимость этой DRAM-памяти достигала семи долларов за гигабайт. Если посмотреть на динамику, то цены такую оперативную память в среднем уменьшались на 25% в год, а её ёмкость росла в течение, как минимум, последних тридцати лет. Таким образом, можно сказать, что общая цена памяти в персональном компьютере оставалась приблизительно одинаковой. К отрицательным моментам можно отнести то, что, скорость работы самих интегральных схем DRAM росла только на 7% в год. При этом, скорость работы процессоров (производительность) возрастала на 25-50% за тот же период. На Рис. 2 показано отношение скорости работы процессоров к скорости оперативной памяти по мере развития технологии микроэлектроники. В начале 1980-х годов скорость процессоров и памяти была примерно одинаковой, но затем разрыв в производительности сильно увеличился и память серьёзно отстала.

Память DRAM была соизмерима по скоростным параметрам с процессорами в 1970-х и в начале 1980-х годов. В настоящее время она существенно отстает. По сравнению с длительностью такта процессора, время

доступа к DRAM возрастает на один-два порядка (десятки наносекунд против долей наносекунды). Для решения этого вопроса при хранении наиболее часто вызываемых команд и данных была использована быстрая, но небольшая по объёму кэш-память, или просто кэш.

Обычно кэш-память построена на базе статической памяти (SRAM) и находится на той же микросхеме, что и процессор. Скорость кэша сравнима со скоростью процессора, так как, во-первых, память SRAM работает быстрее, чем DRAM, а во-вторых, расположение на одном кристалле с процессором позволяет избавиться от задержек распространения сигналов по пути к внешним микросхемам памяти. Для сравнения в тех же временных интервалах, стоимость SRAM-памяти, расположенной на том же кристалле процессора, составляла около 5000 долларов за ГБ в 2015 году. Казалось бы, сумма существенно выше, чем для DRAM. Однако размер кэш-памяти относительно небольшой (обычно он составляет объём от нескольких килобайт до нескольких мегабайт). Таким образом, в целом стоимость кэшпамяти не является существенной и не оказывает общего влияния на стоимость конечного продукта, что, с учетом его вклада в ускорение работоспособности системы в целом, является приемлемым результатом для потребителя. В кэш-памяти можно хранить как данные, так и команды, которые, для удобства терминологии, часто называют просто «данными кэшпамяти».

Организация системы памяти - важный фактор, влияющий на производительность компьютера. Различные технологии производства памяти, такие как SRAM, DRAM и жёсткие диски, позволяют найти компромисс между ёмкостью, скоростью работы и стоимостью. Здесь, во Введении, мы рассмотрели организацию иерархии памяти, включающую кэшпамять и виртуальную память, которая позволяет разработчикам приблизиться к идеалу - большой, быстрой и дешёвой памяти.

Оперативная память обычно строится из модулей динамической памяти (DRAM) и работает существенно медленнее, чем процессор. Кэш, в котором

часто используемые данные хранятся в гораздо более быстрой статической памяти SRAM, служит для уменьшения времени доступа к оперативной памяти. Виртуальная память, которая не является предметом исследования диссертации и, соответственно, не анализируется здесь, позволяет увеличить доступный объем памяти за счёт использования жёсткого диска, на котором располагаются данные, не помещающиеся в оперативную память. Кэш и виртуальная память требуют дополнительной аппаратуры и усложняют компьютерную систему, но обычно их преимущества перевешивают недостатки. Во всех современных персональных компьютерах используются кэш и виртуальная память.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Архитектура кэш-памяти в «системах на кристалле» для мультимедийных приложений»

Актуальность работы

Задача кэш-памяти - обеспечить памяти скорость, близкую к самым высоким доступным для памяти скоростям, и одновременно предоставить наибольший объём памяти по цене более дешевых аналогов памяти.

Кэш-память содержит копии фрагментов оперативной/основной памяти. Когда процессор пытается прочитать фрагмент текста памяти, производится проверка, чтобы определить, содержится ли этот фрагмент в кэш-памяти. Если фрагмент находится, то он доставляется в процессор (кэш-попадание). В противном случае считывается блок основной/оперативной памяти, который состоит их некоторых определенных слов, а затем фрагмент доставляется в процессор (кэш-промах).

Архитектура подсистем кэш зависит от количества опций и параметров, которые определяют эффективность, потребление энергии и площадь.

Соотношение между количеством кэш-промахов и количеством обращений к кэш-памяти определяет её эффективность. Увеличение мощности кэш-памяти ведёт к увеличению потребления электроэнергии, задержкам, что снижает частоту синхронизации кэш-памяти и процессора. Желательно, чтобы размер кэш-памяти был достаточно небольшим, для

приближения общей средней стоимости за бит к стоимости собственно основной памяти. Но минимизация размера кэш-памяти увеличивает количество кэш-промахов, а эффективность кэш-памяти серьёзно зависит от данного показателя. С другой стороны, размер кэш-памяти должен быть довольно большим, чтобы общее среднее время доступа приближалось ко времени такового только для кэш-памяти. По сравнению с кэш-памятью, доступ к которой осуществляется через внешние каналы, встроенный кэш сокращает внешнюю активность каналов процессора, а значит, уменьшает время исполнения и увеличивает общую мощность системы.

При проектировании микроэлектронных систем с использованием кэшпамяти разработчики, как правило, опираются на собственный опыт, анализ аналогов и экспертную оценку необходимых параметров кэш-памяти для её реализации. При этом нет гарантий, что получаемый результат будет оптимальным для поставленной задачи.

Подбор параметров, моделирование работы системы с ними, анализ получаемых результатов и, при необходимости, изменение тех или иных параметров, вплоть до выбора новой архитектуры или введения дополнительного уровня памяти, является необходимым набором требований для универсальных систем, где не всегда возможно предсказать частоту переходов и необходимости поиска данных в основной памяти. Такой итерационный процесс может занимать длительное время.

Системами, в которых существует необходимость внедрения кэшпамяти, очевидно являются мультимедийные системы. В первую очередь, это мобильные системы, предназначенные для проигрывания видеопотоков, видеокамеры с элементами распознавания, системы последовательной обработки больших массивов информации и т.п. Их основными характеристиками являются постоянная обработка больших файлов с данными (фрейм); расположение данных близко к зоне памяти; зависимость последующей ячейки памяти от результатов обработки предыдущей; равные размеры ячеек и возможность параллельной обработки данных.

Всё вышеперечисленное обусловливает актуальность темы диссертационной работы по анализу архитектуры кэш-памяти в «системах на кристалле» с низким уровнем потребления электроэнергии для мультимедийных приложений.

Степень разработанности темы исследования

Существует много типов кэш-памяти и принципов ее организации. Они достаточно хорошо изучены и часто используются для систем, работающих с большими объёмами данных [1 - 4].

При проектировании кэш-памяти до настоящего времени не проводилась оценка эффективности полученных параметров в зависимости от требований к конечному изделию и, как следствие, к самой памяти.

Частным случаем систем, в которых существует необходимость внедрения кэш-памяти, являются мультимедийные системы. В первую очередь это мобильные системы, предназначенные для проигрывания видеопотоков, видеокамеры с элементами распознавания, системы последовательной обработки больших массивов информации и т.п. [4, 8, 9].

При этом, при проектировании кэш-памяти до настоящего времени не проводилась оценка эффективности полученных параметров в зависимости от требований к конечному изделию и, как следствие, к самой памяти.

В настоящее время при проектировании микроэлектронных систем с использованием кэш-памяти разработчики опираются на собственный опыт, анализ аналогов и экспертную оценку необходимых параметров кэш-памяти для ее реализации. При этом нет гарантии, что получаемый результат будет оптимальным для поставленной задачи.

Конечно, для универсальных систем, где не всегда возможно предсказать частоту переходов и необходимости поиска данных в основной памяти, подбор параметров, моделирование работы системы с ними, анализ получаемых результатов и, при необходимости, изменение тех или иных

параметров, вплоть до выбора новой архитектуры или введения дополнительного уровня памяти - является необходимым. Такой итерационный процесс может занимать длительное время.

В случае работы с мультимедийными данными, одним из основных отличий является их последовательное расположение в памяти. Особенности расположения и алгоритмов обработки данных позволяют оптимизировать работу самой кэш-памяти и выбрать наиболее оптимальные ее параметры, в зависимости от поставленной задачи. Это может быть снижение энергопотребления, занимаемой площади или повышение быстродействия.

Цель диссертационной работы

Цель работы заключалась в следующем:

1. Разработка математической модели зависимости быстродействия, занимаемой площади и энергопотребления от выбираемых параметров кэшпамяти в «системе на кристалле» с расчётом их вероятностных характеристик для данных зависимостей.

2. При проектировании «систем на кристалле», с учётом полученных математических зависимостей между параметрами кэш-памяти и характеристиками системы, ещё до начала проектирования подобрать наиболее оптимальные параметры для разрабатываемой системы и уже с ними провести моделирование.

Данная диссертационная работа предполагает путём использования доступных в настоящее время математических методов статистического анализа и соответствующих программных средств исследовать и определить зависимость параметров кэш-памяти от требований к площади, энергопотреблению и производительности системы, в которой она работает, и разработать методику улучшения её рабочих характеристик ещё на этапе проектирования.

Кэш-память впервые была представлена IBM в 1960-х годах для повышения производительности за счёт сокращения разрыва в скорости между основной памятью и процессором. Почти сразу после этого все крупные производители чипов стали вводить кэш в свои процессоры. Сегодня процессоры состоят из нескольких вычислительных ядер, и большинство процессоров имеют встроенные процессоры кэш-память уровня 1 (CL1) и кэшпамять уровня 2 вне кристалла (CL2). Некоторые процессоры имеют ещё более высокий уровень кэш-памяти - у AMD Opteron кэш-память третьего уровня (CL3). Несмотря на то, что кэш улучшает общую производительность системы, система становится непредсказуемой и потребляет больше. Чрезмерное энергопотребление и непредсказуемость времени выполнения может свести на нет прирост производительности встроенных систем, особенно при работе от аккумулятора и использовании приложений в реальном времени, где предсказуемость является решающим фактором [6].

Особого рассмотрения и детального анализа требует дизайн кэш-памяти с точки зрения успешной реализации её подсистемы для использования во встроенных системах реального времени. Достаточно часто с такой задачей сталкиваются при создании мобильных мультимедийных платформ для работы с потоковым видео контентом. При проектировании таких систем важным условием является получение конечного продукта в кратчайшие сроки.

Задачи работы

Для достижения поставленной цели было необходимо рассмотреть и решить следующие задачи:

1. Проанализировать существующие принципы построения и работы кэш-памяти.

2. Провести анализ и выделение особенностей работы с мультимедийными данными.

3. Разработать и обосновать модель и алгоритм работы выбранной архитектуры кэш-памяти.

4. Провести сбор статистических данных, характеризующих скорость, потребление, площадь, коэффициент непопаданий в зависимости от типа и характеристик кэш-памяти на примере работы кодеков MPEG4, ХУМ, кодировки и декодировки картинки в формат jpeg.

5. Разработать модель систематизации и анализа полученных данных.

6. Провести анализ полученных математических зависимостей и рассчитать вероятности их достоверности.

Предмет и объект исследования

Предметом настоящего исследования является встроенная кэш-память микросхем типа «система на кристалле». Объектом исследования являются параметры и характеристики для встроенных подсистем кэш-памяти, которые оптимизируют работу, площадь кристалла и, в особенности, потребление электроэнергии.

Научная новизна работы

1. Впервые рассмотрена зависимость между параметрами кэш-памяти и их влиянием на энергопотребление, площадь и быстродействие микроэлектронной системы.

2. Предложена методика оценки влияния параметров кэш-памяти на её характеристики.

3. Получены математические зависимости между параметрами кэшпамяти и характеристиками системы.

Практическая значимость полученных результатов работы

1. Получены математические зависимости между параметрами кэшпамяти и характеристиками системы, позволяющие сократить время разработки кэш-памяти.

2. Использование полученных зависимостей при проектировании, в отличие от стандартного способа проектирования, позволяет выбрать наиболее оптимальные параметры кэш-памяти в зависимости от предъявляемых к ней требований, что было использовано при проектировании и изготовлении кристаллов разрабатываемых изделий.

3. Изучена и оценена вероятность достоверности полученных зависимостей.

4. Полученные математические зависимости между параметрами кэшпамяти и характеристиками системы, позволяют ещё до начала проектирования подобрать наиболее оптимальные для разрабатываемой системы параметры и уже с ними провести моделирование работы, что существенно сокращает время разработки кэш-памяти для системы.

Моделирование архитектуры кэша необходимо, прежде всего, для анализа его производительности, и позволяет добиться значительного увеличения скорости выполнения разработки, особенно когда система в целом предназначена для работы приложений с интенсивными вычислениями. Скорость вычислений микропроцессоров экспоненциально увеличилась за последние несколько десятилетий, равно как и интенсивность использования мультимедийных систем. При такой улучшенной скорости вычислений дефицит памяти (память работает медленнее процессора) становится основным препятствием для поддержки мультимедийный приложений на встроенных системах, работающих в реальном времени. Проведенные исследования показывают, что для большинства приложений достаточно повторного использования данных для кэширования. Следовательно, имеется

возможность настройки подсистемы кэш-памяти через моделирование кэша для повышения производительности.

Традиционно между производительностью системы и её энергопотреблением стремились достичь некого компромисса. Методы оптимизации кэш-памяти позволяют увеличить и производительность системы и снизить общее энергопотребление. Для того, чтобы удовлетворить потребности в повышенной вычислительной мощности, мультимедийные системы используют многоядерные процессоры вместо одноядерных. Причина такой тенденции двояка: во-первых, популярность и востребованность мультимедийных систем растёт с каждым днем; во-вторых, в одном чипе сейчас возможно реализовать миллиарды транзисторов. Ожидается, что эта тенденция усилится в течение и следующего десятилетия [7, 10]. В многоядерной архитектуре производительность повышается, потому что приложение делится на более мелкие задачи, а задачи распределяются между несколькими ядрами. Общее энергопотребление снижается, поскольку система работает на более низкой частоте. Однако многоуровневые кэши в многоядерных системах потребляют огромные ресурсы. Таким образом, есть возможности для повышения производительности и снижения общего энергопотребления за счёт оптимизации кэш-памяти в многоядерных системах [11].

Положения диссертации, выносимые на защиту

1. Математические зависимости между параметрами кэш-памяти и характеристиками микроэлектронной системы.

2. Методика оценки влияния параметров кэш-памяти на её характеристики.

3. Вероятностная оценена достоверности полученных математических зависимостей.

Соответствие диссертации Паспорту научной специальности

Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 2.2.2. «Электронная компонентная база микро- и наноэлектроники, квантовых устройств»:

п. 2 - Исследование и разработка физических и математических моделей изделий по п. 1, в том числе для систем автоматизированного проектирования.

п. 3 - Исследование и разработка схемотехнических основ создания, конструкций и методов совершенствования изделий по п. 1.

п. 5 - Исследование, проектирование и моделирование изделий, исследование их функциональных и эксплуатационных характеристик по п. 1, включая вопросы качества, долговечности, надёжности и стойкости к внешним воздействующим факторам, а также вопросы их эффективного применения.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов полученных зависимостей основана на применении в работе современных статистических методов анализа на основе данных, полученных экспериментальным путем, и результатов экспериментов, выполненных с моделями кэш-памяти для мультимедийных приложений с использованием статистического ПО Stata8, а также публикацией основных результатов работы в рецензируемых отечественных и зарубежных научных журналах и трудах международных конференций.

Личный вклад автора

Автору принадлежит инициатива в постановке конкретных задач и подходов к их решению, а также систематизация литературных данных и

результатов исследования. Все приведённые результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.

Апробация диссертации

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международных конференциях и симпозиумах:

- Euromicro Symposium on Digital System Design Architectures, Methods and Tools. 2002;

- Международная конференция «Микро- и наноэлектроника-2009»;

- 4th International Conference on Communications and Electronics, ICCE

2012;

- Международная конференция «Микроэлектроника 2015»;

- Международный форум «Микроэлектроника-2017»;

- Международный форум «Микроэлектроника-2018»;

- Международный форум «Микроэлектроника-2019»;

- IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus, 2020.

Основные результаты представляемого исследования были использованы в работе «Разработка и апробация методологии создания сложно-функциональных блоков» при разработке видеопроцессора с нейросетевым ускорителем в АО «НПП «Цифровые решения» и при разработке семейства 32-разрядных микропроцессоров общего назначения «Кварк» в ООО «КМ211».

Кроме того, результаты работы неоднократно обсуждались на семинарах и рабочих встречах в АО «НИИМЭ» и использовались при разработке различных «систем на кристалле».

Экспериментальные и теоретические результаты, представленные в аттестационной работе, могут быть использованы организациями, ведущими

проектирование микропроцессорных систем для работы с мультимедийными приложениями.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 49 печатных работы (из них 7 работ, опубликованных в журналах, входящих в перечень ВАК; 22 зарегистрированные топологии интегральных микросхем и 2 зарегистрированные программы для ЭВМ; 7 статей в сборниках работ и в трудах конференций) и 11 отчётов по НИР и ОКР, выполненных по Государственным контрактам).

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка работ и приложения. Изложена на 115 страницах, содержит 5 таблиц, 33 рисунка и два приложения. Список использованной литературы включает 75 источников.

В настоящем исследовании используются статистические методы анализа на основе данных, полученных экспериментальным путём. В данном случае происходит верификация теоретической модели. Полагается, что существует зависимость между следующими параметрами: кэш-память и её эффективность, скорость кэш-памяти и, разумеется, площадь, которую занимает кэш-память на кристалле. В работе используются результаты эксперимента, выполненного с моделями кэш-памяти для мультимедийных приложений, и статистическое ПО Б1а1а.

Программа Б1а1а представляет собой универсальный пакет для решения статистических задач [12, 13]. Она обладает следующими преимуществами:

- широкий спектр внедрённых статистических моделей;

- гибкость пакетной обработки данных (т.е. программирование всей последовательности команд, начиная с импорта данных в память и заканчивая деталями анализа). Возможности интерактивного способа оперирования равны возможностям пакетной обработки;

- максимизация функции правдоподобия, представленной пользователем;

- графические модули, достаточные для текущего анализа данных.

Работа с системой Б1а1а8 позволила вывести формулы зависимости

уровня потребления электроэнергии, площади кристалла, на которой располагается кэш-память, и скорости работы кэш-памяти (назовем их техническими параметрами) от базовых параметров кэш-памяти.

Входными данными при использовании полученных зависимостей являются параметры для кэш-памяти 1-го (СЬ1) и 2-го уровня (СЬ2), такие как: тип кэш-памяти, ассоциативность, количество строк. Тип кэш-памяти задаётся значениями 1 (отложенная запись) и 2 (сквозная запись). При варьировании входных параметров возможно получение результатов для диапазонов задаваемых значений и их использование для выбора оптимального набора значений параметров кэш-памяти.

По результатам расчёта можно получить ряд вариантов параметров кэшпамяти, соответствующих требованиям потребления, площади и скорости работы. Если на технические параметры не было наложено никаких ограничений, возможно использование собранных результатов для анализа работы памяти с такими параметрами. Также возможно использовать расчетные результаты при разработке системы с кэш-памятью, отобрав только данные из полученного диапазона значений при варьировании входных условий. Это сократит время, необходимое для проверки работы системы с различными параметрами кэш-памяти.

Следует отметить, что использование зависимостей может и не дать результатов, которые соответствуют всем поставленным требованиям. В этом случае необходимо изменить требования исходной информации, выбрать

иной вариант организации кэш-памяти или провести практическое моделирование, поскольку полученная статистическая модель не дает 100% результата.

В ходе поведения работы были получены:

- данные для вычисления статистической зависимости между параметрами кэш-памяти и рабочей скоростью кэш-памяти, потреблением электроэнергии и размером блока кэш-памяти на чипе; данные были получены для трёх тестов: кодека XVid, MPEG4, кодировки и декодировки изображения в формат jpeg; при этом была использована программа Stata8 для конструирования функций, описывающих полученные зависимости.

- формулы зависимости уровня потребления электроэнергии, площади кристалла, на которой располагается кэш-память, и скорости работы кэшпамяти (назовем их техническими параметрами) от базовых параметров кэшпамяти.

- статистические взаимосвязи между количеством промахов на первом уровне кэш-памяти (CL1r) и ассоциативностью первого уровня кэш-памяти (CLlass) и количеством строк в первом уровне кэш-памяти (CLllines); количеством промахов во втором уровне кэш-памяти (CL2r) и ассоциативностью первого уровня кэш-памяти (CLlass), количеством строк в первом уровне кэш-памяти (CLllines), количеством строк во втором уровне кэш-памяти (CL2lines), типом первого уровня (CLltype), типом второго уровня (CL2type), количеством промахов на первом уровне (CLlr).

- зависимость скорости системы (Speed) от типа первого уровня кэшпамяти (CLltype), типа второго уровня кэш-памяти (CL2type), ассоциативности первого уровня кэш-памяти (CLlass), количества строк в первом уровне кэш-памяти (CLllines), количества промахов в первом уровне кэш-памяти (CLlr), количества промахов во втором уровне кэш-памяти (CL2r), количества строк во втором уровне кэш-памяти (CL2lines).

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ КЭШ ПАМЯТИ 1.1 Кэш-память

Задача кэш-памяти - увеличение скорости обмена данных между процессором и памятью до максимально возможной и одновременно предоставление наибольшего объёма памяти по цене более дешёвых аналогов памяти. Кэш-память содержит копии фрагментов оперативной/основной памяти. Когда процессор пытается прочитать фрагмент текста памяти, производится проверка, чтобы определить, имеется ли уже данный фрагмент в кэш-памяти.

Если процессор запрашивает данные, которые уже находятся в кэше, то он получает их очень быстро. Это называется попаданием в кэш (cache hit). В противном случае процессор вынужден читать данные из оперативной памяти (DRAM). Это называется промахом кэша, кэш-промахом или промахом доступа в кэш (cache miss). Если процессор попадает в кэш бoльшую часть времени, то он редко простаивает в ожидании доступа к медленной оперативной памяти, и среднее время доступа мало [14, 15].

На рисунке 3 приводится структура системы кэш/основной памяти.

Номер строки Тэг Ячейка

0

1 2

С-1

Адрес памяти

0 1 2

Ячейка

К Слов

Ячейка (Строка) Длина К слов

Кэш

2п-1

Длина слова

Основная память

Рис. 3. Структура кэш/основной памяти

Оперативная память состоит из слов до уровня 2п, где каждое слово содержит уникальный «-битный адрес. Когда речь идёт о преобразовании данных, считается, что эта память состоит из некоторого количества блоков определённой длины, в каждом из которых количество слов равно К. Получается, что количество блоков равно М = 2п/К. Кэш состоит из С строк, количество слов в каждой из которых равно К. Следовательно, количество строк намного меньше, чем количество блоков основной памяти (С << М).

В любое время некоторое подмножество блоков памяти находится в строках кэш. Если происходит считывание какого-либо слова из заданного блока памяти, то данный блок перемещается в одну из строк кэш-памяти. Так как количество блоков в основной памяти превышает количество строк кэшпамяти, то конкретная строка не может быть постоянно целиком отдана определённому блоку. Для решения данного вопроса в каждую строку кэшпамяти добавлен тэг, определяющий, какой именно из блоков основной

памяти в настоящий момент перенесён в кэш-память. Для этого тэги обычно являются частью адреса основной памяти. К примеру, такая система организации адреса используется для разработанных в АО «НИИМЭ» блоков ЭСППЗУ.

В целом, архитектура самой кэш-памяти зависит от количества опций и параметров, определяющих её площадь, потребление энергии и быстродействие.

В качестве третьего уровня иерархии памяти можно рассмотреть жесткий диск [16]. Проводя аналогию с использованием подвала в библиотеке для хранения тех книг, которые не умещаются на полках, можно отметить, что в компьютерных системах используется жёсткий диск для хранения тех данных, которые не помещаются в оперативной памяти. Возвращаясь к вопросу стоимости, для жёсткого диска, выполненного в 2015 году по технологии магнитной записи (Hard Disk Drive, HDD), стоимость одного ГБ составляла менее пяти центов. При этом скорость (время) доступа к данным на данном диске было порядка 5 миллисекунд. Анализ тенденций развития жёстких дисков магнитного типа показывает, что их стоимость падает на 60% в год и, при этом, время доступа к данным практически не уменьшается.

Альтернативой таким дискам стали твердотельные диски (Solid State Drive, SSD), которые используют в своей основе ячейки флеш-памяти. С ростом надёжности такой памяти, данные диски становятся реальной альтернативой HDD. Сами по себе, SSD-диски использовались для специальных применений и ранее (на протяжении порядка двух десятилетий) [17], но на массовом рынке они появились только в 2007 году. Их преимуществом является устойчивость к механическим отказам. Обратной стороной медали является их стоимость за 1 ГБ, особенно при росте объёма диска в целом.

Сам по себе, жёсткий диск расширяет возможности хранения тех или иных данных, в отдельных случаях даже служит дополнительным объёмом для организации виртуальной памяти. Однако, он пока не способен заменить

реальную оперативную память. Как и в случае организации доступа к хранилищу книг, так и для жестких дисков время доступа к данным занимает длительное время. Оперативная память при работе системы содержит только часть данных, находящихся на жестком диске, необходимых для работы в настоящее и ближайшее прогнозное время (либо использованные недавно), остальные данные остаются на самом жёстком диске. Из этого видно, что оперативная память является кэш-памятью для наиболее часто используемых данных с жесткого диска.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кравцов Александр Сергеевич, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. J.L. Hennessy, D.A. Patterson. Computer Architecture, Fifth Edition: A Quantitative Approach, Morgan Kaufmann Publishers, INC. 2011, 880 P.

2. Кравцов А.С. Принципы функционирования кэш-памяти в иерархических компьютерных системах для работы с мультимедийными приложениями. Часть 1. Назначение и структура кэш-памяти // Электронная техника. Серия 3: Микроэлектроника. 2022. № 2(186). С. 5-13.

3. Кравцов А.С. Принципы функционирования кэш-памяти в иерархических компьютерных системах для работы с мультимедийными приложениями. Часть 2 // Электронная техника. Серия 3: Микроэлектроника. 2022. № 3(187). С. 9-16.

4. Kravtsov A.S. Cache memory functioning principles in hierarchical computer systems for working with multimedia applications. part 2 // Electronic Engineering. Series 3: Microelectronics. 2022. No. 3(187). P. 16-23.

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/DRAM

6. Сара Л. Харрис, Дэвид М. Харрис. Цифровая схемотехника и архитектура компьютера: RISC-V / пер. с англ. В.С. Яценкова; под ред. А.Ю. Романова // М.: ДМК Пресс. 2022. 810 с.

7. Г.Я. Красников, Н.А. Зайцев, А.Г. Красников. Современное состояние разработок в области энергонезависимой памяти // Нано- и микросистемная техника. 2015. № 4(177). С. 60-64.

8. J.W.C. Fu and J.H. Patel. Data prefetching in multiprocessor vector cache memories // in Proc. 18th Annu. Int. Symp. Computer Architecture. May 1991.

9. J.-L. Baer and T.-F. Chen. An effective on-chip preloading scheme to reduce data access penalty // in Proc. Supercomputing'91, Nov. 1991.

10. I. Sklenar. Prefetch unit for vector operations on scalar computers // ACM Comput. Architec. News. vol. 20, pp. 31-37, Sept. 1992.

11. https://itigic.com/ru/cache-memory-how-does-it-affect-cpu-and-gpu-performance // Июнь, 2021г.

12. Ратникова Т.А., Фурманов К.К. Анализ панельных данных и данных о длительности состояний // М.: Издательский дом Высшей школы экономики. 2014. 376 с.

13. Ломакина Н.А., Семенова В.В. От автоматизации проектирования к технологиям информационной поддержки изделия // Швейная промышленность. 2007, № 5, с. 44-45.

14. А.А. Кошпаев, Е.С. Васяева. Анализ алгоритмов замещения данных в кэш-памяти // в сборнике научных трудов VII международной научно-практической конференции. Москва: 2016, с. 70-74.

15.http://perscom.ru/2012-01 -20-09-27-13/17-kash-pamyat

16.http://perscom.ru/2012-01 -20-09-27-13/17-kash-pamyat/37-mnogourovnevaya-kash-pamyat

17. Г.Я. Красников, В.Д. Мещанов, Н.А. Шелепин. Семейство микросхем ПЗУ информационной емкостью 4-64 Мбит для космических применений // Электронная техника. Серия 3: Микроэлектроника. 2015. № 2(158). С. 4-10.

18. Шелепин Н.А., Тимошин С.А., Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Нефедов Д.А., Васильев Е.С., Зубов И.А., Бокарев В.П., Любимов С.Е. Разработка СБИС для реализации доверенных платформ вычислительных систем // Отчет о НИР № 11411.1000400.11.118 от 27.11.2011. Минпромторг. 2013.

19. Шелепин Н.А., Нуйкин А.В., Игнатов П.В., Семенов М.Ю., Кравцов А.С., Ласточкин О.В., Калашников В.С., Тимошин С.А., Марычева А.А., Бокарев В.П. Разработка микросхемы микропроцессорной СБИС типа "Система на кристалле" с встроенной операционной системой для интеллектуальных карт и электронных документов // Отчет о НИР № 10705.004.11.002 от 15.09.2010. Минпромторг России. 2013.

20. А. Антонов. Под законом Амдала // Компьютерра. 2002. № 5(430).

21. С.А. Джиоева. Оптимизация кэширования информации: задачи и аналитическое решение // Молодой ученый. 2012. № 2(37). С. 54-56.

22. ECE 4750 Computer Architecture, Fall 2022 T03 Fundamental Memory Concepts. // School of Electrical and Computer Engineering Cornell University, revision: 2022-10-03-12-34

23. N.P. Jouppi. Improving direct-mapped cache performance by the addition of a small fully-associative cache and prefetch buffers // Proc. 17th Annu. Int. Sympo. Computer Architecture. May 1990

24. Prof. Onur Mutlu. Digital Design and Computer Architecture - Lecture 22: Memory Hierarchy and Caches // ETH Zurich (Spring 2023)

25. J. Smith. Cache memories // ACM Comput. Surveys. vol. 14. Sept. 1982

26. Нуйкин А.В., Тимошин С.А., Кравцов А.С., Зубов И.А. Блок энергонезависимой памяти ЭСППЗУ 64 Кбайт //Топология интегральной микросхемы RU 2018630027, 07.02.2018. Заявка № 2017630185 от 15.12.2017.

27. A.K. Porterfield. Software methods for improvement of cache performance on supercomputer applications // Rice Univ., Houston, TX, Tech. Rep. COMP TR 89-93. May 1989.

28. T. Mowry, M. Lam and A. Gupta. Design and evaluation of a compiler algorithm for prefetching // in SIGPLAN Notices. Sept. 1992.

29. Subbarao Palacharla, R. Kessler. Evaluating stream buffers as a secondary cache replacement // Computer Science, Engineering. Proceedings of 21 International Symposium on Computer Architecture. 18 April 1994

30. J. Fu, J. Patel and B. Janssens. Stride directed prefetching in scalar processors // Proceedings of 25th International Symposium Microarchitecture. Dec. 1992.

31. Нуйкин А.В., Тимошин С.А., Кравцов А.С., Зубов И.А. Блок энергонезависимой памяти ЭСППЗУ 144 Кбайт // Топология интегральной микросхемы RU 2018630028, 07.02.2018. Заявка № 2017630184 от 15.12.2017.

32. Киреева Г.И., Курушин В.Д., Мосягин А.Б., Нечаев Д.Ю., Чекмарев Ю.В. Основы информационных технологий: учебное пособие // ДМК-Пресс. 20l0. 272 с.

33. Нуйкин А.В., Кравцов А.С. СБИС микроконтроллера для электронных идентификационных документов с объемом энергонезависимой памяти 72 КБ // Топология интегральной микросхемы RU 2017630037, 0l.02.20l7. Заявка № 20l6630l6l от 06.l2.20l6.

34. Нуйкин А.В., Кравцов А.С., Тимошин С.А. Интегральная микросхема MIK51AD144D - универсальный однокристальный микроконтроллер с энергонезависимой памятью l44 Кбайт // Топология интегральной микросхемы RU 20l7630l58, l6.ll.20l7. Заявка № 20l7630094 от l8.09.20l7.

35. Kravtsov A.S. Methods of cache memory optimization for multimedia applications // В сборнике: Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. Sponsors: Russian Academy of Sciences, Russian Foundation for Basic Research, Carl Zeiss AG, TechnoInfo Ltd., JSC Mikron. 20l0. С. 752ll8.

36. Oussorov I., Hachmann U., Kravtsov A.S. Integration of instruction set simulators into system high level models // В сборнике: Euromicro Symposium on Digital System Design Architectures, Methods and Tools. 2002. С. l26-129.

37. Васильев Е.С., Зубов И.А., Кравцов А.С., Лосевской А.Ю., Медведева А.А., Нефедов Д.А., Нуйкин А.В., Тимошин С.А. NENBPSP -интегральная микросхема обработки стека протоколов узкополосного интернета вещей // Топология интегральной микросхемы RU 2023630043, 29.03.2023. Заявка № 2023630030 от 2l.03.2023.

38. Лосевской А.Ю., Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Зубов И.А., Васильев Е.С., Королев Д.В., Медведева А.А., Тимошин С.А., Вараксин Д.В., Марченко А.П. Криптографически защищенный микроконтроллер для транспортных применений NE50lCD+ // Топология интегральной микросхемы RU 2022630075, 23.05.2022. Заявка № 2022630059 от 13.05.2022.

39. Васильев Е.С., Гордиенко А.В., Зубов И.А., Солнцев М.М., Плигин И.М., Тимошин С.А., Кравцов А.С., Алексеев В.Д., Медведева А.А. Доверенная криптографически защищенная аппаратная платформа на базе архитектуры RISC-V для современных банковских карт с дуальным интерфейсом // В книге: Российский форум «Микроэлектроника 2022». Сборник тезисов 8-й Научной конференции. Фонд перспективных исследований, «Газпромбанк» (Акционерное общество). Москва, 2022. С. 7476.

40. Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Тимошин С.А., Зубов И.А., Медведева А.А. NE51IOT - интегральная микросхема элемента безопасности для применения в составе ЮТ устройств // Топология интегральной микросхемы RU 2021630027, 01.03.2021. Заявка № 2021630006 от 18.02.2021.

41. Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Тимошин С.А. Интегральная микросхема MIK51SC72D - однокристальный микроконтроллер с поддержкой криптографических алгоритмов, контактного и бесконтактного интерфейсов // Топология интегральной микросхемы RU 2021630071, 27.05.2021. Заявка № 2021630061 от 21.05.2021.

42. Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Тимошин С.А., Зубов И.А., Медведева А.А. Интегральная микросхема 1938ВМ014 - четырехядерный криптографический микропроцессор // Топология интегральной микросхемы RU 2021630098, 08.07.2021. Заявка № 2021630096 от 01.07.2021.

43. Нуйкин А.В., Кравцов А.С., Васильев Е.С., Гордиенко А.В. Развитие защищенной аппаратной платформы NE32 на базе архитектуры RISC-V для применения в составе доверенных микроконтроллеров // Наноиндустрия. 2021. Т. 14. № S7(107). С. 76-78.

44. Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Тимошин С.А., Зубов И.А., Медведева А.А. NE51JC144D - интегральная микросхема универсального микроконтроллера с виртуальной машиной JAVACARD // Топология интегральной микросхемы RU 2020630110, 15.09.2020. Заявка № 2020630116 от 07.09.2020.

45. Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Нефедов Д.А., Васильев Е.С. 64-х разрядное процессорное ядро NE64RV для встроенных применений // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2020662561, 16.10.2020. Заявка № 2020660108 от 07.09.2020.

46. Кравцов А.С., Нуйкин А.В. Универсальная микросхема для электронных идентификационных документов MIK51AB72R4 //Топология интегральной микросхемы RU 2020630206, 26.10.2020. Заявка № 2020630115 от 07.09.2020.

47. Ermakov I.V., Losevskoy A.Y., Nuykin A.V., Shelepin N.A., Kravtsov A.S. Design and study of a 65 Kb antifuse OTP ROM in a standard 0.18 um CMOS process // В сборнике: Proceedings of the 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus 2020. 2020. С. 112-115.

48. Михайлов В.Ю., Котляров Е.Ю., Зубов И.А., Нуйкин А.В., Кравцов А.С. Аспекты проектирования приемопередающего устройства "интернета вещей" // Электронная техника. Серия 3: Микроэлектроника. 2020. № 4(180). С. 43-57.

49. Фонин Ю.Н., Кравцов А.С. Программа для ЭВМ - компилятор языка описания архитектур PPDL // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019660660, 09.08.2019. Заявка № 2019619506 от 31.07.2019.

50. Актуальные задачи микроэлектроники: технологии и микросхемы // Научные результаты НИИ Молекулярной электроники за 2018 год / Под редакцией Академика Г.Я. Красникова. Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники". Москва, Зеленоград, 2019.

51. Благодатов В.В., Кравцов А.С., Рудницкии А.С., Нуйкин А.В. Оценка стойкости современных микросхем к инженерным атакам // Наноиндустрия. 2019. № S (89). С. 330.

52. Нуйкин А.В., Кравцов А.С., Тимошин С.А. Интегральная микросхема MIK51AB144D - однокристальный микроконтроллер для

персональной электронной карты военнослужащего // Топология интегральной микросхемы RU 2018630029, 07.02.2018. Заявка № 2017630183 от 15.12.2017.

53. Нуйкин А.В., Тимошин С.А., Кравцов А.С., Зубов И.А. Блок энергонезависимой памяти ЭСППЗУ 128 Кбайт // Топология интегральной микросхемы RU 2018630032, 09.02.2018. Заявка № 2017630178 от 15.12.2017.

54. Нуйкин А.В., Кравцов А.С., Мытник К.Я. Перспективы развития универсальной защищённой программно-аппаратной платформы со сверхнизким потреблением для устройств интернета вещей // В книге: Международный форум "Микроэлектроника-2018", 4-я Международная научная конференция "Электронная компонентная база и микроэлектронные модули". Сборник тезисов. 2018. С. 286-287.

55. Благодатов В.В., Кравцов А.С., Рудницкий А.С., Нуйкин А.В. Оценка стойкости современных микросхем к инженерным атакам // В книге: Международный форум "Микроэлектроника-2018", 4-я Международная научная конференция "Электронная компонентная база и микро электронные модули". Сборник тезисов. 2018. С. 288-289.

56. Нуйкин А.В., Кравцов А.С. Радиочастотная микросхема для полиса медицинского страхования MIK51AB72R // Топология интегральной микросхемы RU 2017630098, 19.06.2017. Заявка № 2017630035 от 28.04.2017.

57. Нуйкин А.В., Кравцов А.С. Радиочастотная микросхема для водительского удостоверения и свидетельства о регистрации транспортного средства // Топология интегральной микросхемы RU 2017630100, 19.06.2017. Заявка № 2017630034 от 28.04.2017.

58. Нуйкин А.В., Кравцов А.С. Интегральная микросхема MIK51BC16D - однокристальный микроконтроллер для банковских приложений // Топология интегральной микросхемы RU 2017630111, 09.08.2017. Заявка № 2017630049 от 15.06.2017.

59. Нуйкин А.В., Кравцов А.С. Микроконтроллер с блоком энергонезависимой памяти 144 Кбайт // Топология интегральной микросхемы RU 2017630164, 24.11.2017. Заявка № 2017630104 от 04.10.2017.

60. Шелепин Н.А., Тимошин С.А., Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Нефедов Д.А., Васильев Е.С., Зубов И.А., Бокарев В.П., Любимов С.Е. Разработка сложно-функциональной СБИС для носителей информации со встроенными блоками криптографической защиты // Отчет о НИР № 11411.1000400.11.077 от 29.11.2011. Минпромторг. 2013.

61. Шелепин Н.А., Васильев Е.С., Кравцов А.С., Нуйкин А.В., Игнатьев С.М., Тимошин С.А., Фетькевич М.И., Бокарев В.П. Разработка микросхемы многократно программируемого ПЗУ емкостью 1 Мбит для задания конфигурации ПЛИС // Отчет о НИР № 10705.004.11.002 от 15.09.2010. Минпромторг России. 2013.

62. Нуйкин А.В., Игнатов П.В., Семенов М.Ю., Кравцов А.С., Ласточкин О.В., Калашников В.С., Тимошин С.А., Марычева А.А. Разработка и исследование конструктивно-технологических и схемотехнических методов создания систем защиты чипов СБИС от несанкционированного доступа и попыток считывания информации // Отчет о НИР № РС/07/325/НТБ/ от 08.06.2007. Федеральное агентство по промышленности (Роспром). 2009.

63. Лукошко Г.К., Игнатьев С.М., Нуйкин А.В., Мытник К.Я., Ланин А.Б., Флегонтов В.Е., Нефедов Д.А., Кравцов А.С. Разработка архитектуры и модели СБИС для социальной карты нового поколения //Отчет о НИР № 8/3-430Н-07 от 16.11.2007. Департамент науки и промышленной политики города Москвы от имени города Москвы. 2008.

64. Лукошко Г.К., Игнатьев С.М., Нуйкин А.В., Мытник К.Я., Ланин А.Б., Флегонтов. В.Е., Нефедов Д.А., Кравцов А.С. Разработка и отладка макета СБИС для социальной карты нового поколения // Отчет о НИР № 8/3-429Н-07 от 16.11.2007. Департамент науки и промышленной политики города Москвы от имени города Москвы. 2008.

65. Шелепин Н.А., Солдатов В.А., Нуйкин А.В., Мытник К.Я., Кравцов А.С., Фетькевич М.И., Бокарев В.П. Разработка встроенного ПО для управления криптографической защитой // Отчет о НИР № 8/3-460н-07 от 22.11.2007. Департамент науки и промышленной политики города Москвы от имени города Москвы. 2008.

66. Шелепин Н.А., Ланин А.Б., Нуйкин А.В., Мытник К.Я., Кравцов А.С., Фетькевич М.И., Бокарев В.П. Разработка встроенного ПО для управления социальными приложениями // Отчет о НИР № 8/3-459н-07 от 22.11.2007. Департамент науки и промышленной политики города Москвы от имени города Москвы. 2008.

67. Oussorov I., Hachmann U., Kravtsov A.S. Integration of instruction set simulators into system high level models // В сборнике: Euromicro Symposium on Digital System Design Architectures, Methods and Tools. 2002. С. 126-129.

68. Prof. Onur Mutlu. Digital Design and Computer Architecture - Lecture 22: Memory Hierarchy and Caches // ETH Zurich (Spring 2023) (https://www.youtube.com/watch?v=1zXDoDDkICQ)

69. Селецкий А.В., Соловьев А.В., Кравцов А.С. Проблемы прогнозирования времени хранения информации микросхем памяти на основе EEPROM-ячеек // В книге: Российский форум Микроэлектроника 2023. Сборник тезисов 9-й Научной конференции. Москва, 2023. С. 205-206.

70. Зубов И.А., Кравцов А.С., Медведева А.А., Нуйкин А.В., Тимошин С.А. Блок ФАПЧ 48 Мгц // Топология интегральной микросхемы RU 2023630038, 10.03.2023. Заявка № 2023630026 от 06.03.2023.0030 от 21.03.2023.

71. Зубов И.А., Кравцов А.С., Медведева А.А., Нуйкин А.В., Тимошин С.А., Дубовицкий К.А.10-ти разрядный АЦП последовательного приближения // Топология интегральной микросхемы RU 2023630037, 10.03.2023. Заявка № 2023630025 от 06.03.2023.

72. Зубов И.А., Кравцов А.С., Медведева А.А., Нуйкин А.В., Тимошин С.А. Регулятор напряжения с понижающим преобразованием до 1,8 B //

Топология интегральной микросхемы RU 2023630036, 10.03.2023. Заявка № 2023630024 от 06.03.2023.

73. Зубов И.А., Кравцов А.С., Медведева А.А., Нуйкин А.В., Тимошин С.А. Физический уровень USB 12 Мбит/сек // Топология интегральной микросхемы RU 2023630035, 10.03.2023. Заявка № 2023630023 от 06.03.2023.

74. Зубов И.А., Кравцов А.С., Медведева А.А., Нуйкин А.В., Тимошин С.А. Источник опорного напряжения 1,2 В // Топология интегральной микросхемы RU 2023630034, 10.03.2023. Заявка № 2023630022 от 06.03.2023.

75. Бессарабов Н.А., Бондаренко А.В., Кондратенко Т.Н., Тимофеев Д.С., Хмельницкий Г.А. Задача выбора математической модели тестирования знаний для дихотомических данных // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2016. № 2(140). С. 46-51

ПРИЛОЖЕНИЕ