處理器中指令關鍵性的研究與應用.pdf

1、現(xiàn)代超標量處理器普遍采用激進的亂序執(zhí)行技術(shù)，多條指令在處理器中同時亂序執(zhí)行，使得只有部分指令處于關鍵路徑上，對這部分指令鑒別和優(yōu)化成為認識和突破現(xiàn)代處理器性能瓶頸的關鍵技術(shù)之一。指令關鍵性研究建立在程序相關圖和關鍵路徑分析基礎之上，通過分析對程序執(zhí)行時間有貢獻的指令和微事件，揭示微處理器的性能瓶頸和程序特性，從而指導處理器優(yōu)化設計。
　　本文研究了Fields程序相關圖模型，構(gòu)建了一種用以描述程序在分簇超標量處理器中執(zhí)行的相關圖模

2、型，分析并實現(xiàn)了基于固定窗口的在線程序關鍵路徑分析框架，并對該框架的有效性進行了驗證。然后，提取了指令關鍵性信息，針對使用二值以及關鍵可能性（LoC，likelihood of criticality）度量的指令關鍵性信息，分別采用熵以及統(tǒng)計方法對指令關鍵性的特性進行了研究，研究表明，使用二值度量的指令關鍵性具有極大的與歷史無關的隨機性，而使用LoC度量的指令關鍵性則存在一定的結(jié)構(gòu)無關和動態(tài)不變性。根據(jù)發(fā)現(xiàn)的指令關鍵性特性，本文提出了一

3、種靜態(tài)LoC關鍵性預測器設計方法，該方法通過Profile提取指令LoC并將其載入預測器，處理器使用載入的LoC來對指令執(zhí)行進行優(yōu)化。最后，研究了關鍵性預測在提升分簇超標量處理器性能方面的應用。針對簇內(nèi)資源競爭和簇間通信開銷對性能的影響，分別使用關鍵性預測來指導指令調(diào)度和分派。研究表明，基于關鍵性預測的指令調(diào)度能有效地提升程序性能，使用本文開發(fā)的靜態(tài) LoC預測器能夠獲得與動態(tài)預測器相同的性能提升，在4x2、2x4和1x8處理器結(jié)構(gòu)下，