学位论文简介
在计算机存储体系架构中，传统的Cache存储设备SRAM由于存储密度、泄漏功耗、可扩展性的劣势严重制约了Cache性能的发展。一种新型NVM存储器件MLC STT-RAM被认为是未来可替代SRAM的有利候选者，然而MLC STT-RAM在使用扩展编码技术解决TTs问题中面临的写延迟高、写能耗高及最优扩展编码查找时间复杂度高三大核心问题。本文在使用扩展编码方法解决TTs问题方向进行了深入探索，提出了三个相互独立且关联的研究模块，分别为zeroTT: MLC STT-RAM 写延时优化方案、AEIS：MLC STT-RAM 写能耗优化方案与EECS：高效扩展编码搜索优化方案。取得了以下主要创新性研究成果：
针对使用扩展编码技术解决TTs问题写延迟高的问题。本文首先系统分析了现有基于(2, 3) 的扩展编码方法的技术局限，证实其无法彻底消除TTs；随后提出一种基于(3, 4) 扩展编码的最优方案zeroTT，在平衡空间开销与编码复杂性的前提下，实现了TTs 的完全消除，从而实现写延迟的显著降低；最后深入剖析了(3, 4) 扩展编码方法能够根除TTs 而其他基于(��, �� ) 扩展编码方法无法实现的机理，以此验证zeroTT方案的正确性。
针对使用扩展编码技术解决TTs问题写延迟高的问题。本文首先探索并提炼出基于(��, �� ) 扩展编码方法消除TT 的的普适性规则；接着通过分析缓存行数据访问特性，发现数据更新时数据翻转主要发生在缓存行中的少数几个段中，这促使本文选择性地采用扩展编码；最后设计了优化的AEIS 编码方案，在彻底消除TTs 的基础上，实现写能耗的显著降低；
针对使用扩展编码技术最优扩展编码查找时间复杂度高的问题。本文首先深入剖析了基于(��, �� ) 扩展编码方法的TTs 的计算机制，通过将编码状态转换空间进行精细化细分，推导出TTs 数量的通用分段量化计算公式；接着将SA 算法引入最优编码搜索过程，提出一种SA 融合编码片段交换的高级搜索方法ASA，通过算法迭代与编码片段的启发式交换，提升最优解的搜索效率；最后通过分析编码空间的连续性特征，发现相邻候选扩展编码方案间存在显著相似性，基于这一特性提出一种增量计算策略：仅对编码变化部分重新计算TTs 数量，大幅减少重复计算开销，形成高效搜索方法ESA，可将时间复杂度降至��(2�� )。
主要学术成果
Dong Yin, Huizhang Luo, Jeff Zhang, Mingxing Duan, Wangdong Yang, Zhuo Tang, Kenli Li.zeroTT: A Two-Step State Transition Avoidance Scheme for MLC STT-RAM [C].61st ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC ’24):210,1–6. (CCF-A 类会议，本人第一作者)
Dong Yin, Huizhang Luo, Yan Ding, Chubo Liu, Wenchao Zhao and Kenli Li.AEIS: A New Energy Efficiency Improvement Scheme for MLC STT-MRAM [J].IEEE Transactions on Computers（TC）, 2026, 75(1):177–188. (CCF-A 类期刊，本人第一作者)
Dong Yin, Huizhang Luo, Qinrong Zhang, Kenli Li.An Efficient Search Approach for Expansion Coding Based on Adjacent Coding Similarity[C]. 63rd ACM/IEEEDesign Automation Conference (DAC ’26). (CCF-A 类会议，本人第一作者，在投)
Xiaochuan Zhou, Huizhang Luo, Huilong Pi, Dong Yin and Kenli Li.A Parallel Scheme for High-fidelity 3-D Thermal Simulations in Chip Design[C]. 63rdACM/IEEE Design Automation Conference (DAC ’26). (CCF-A 类会议，本人第四作者，在投)
