分片式處理器上激進執(zhí)行模型分析.pdf

1、隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，可用的片上資源越來越多，如何把豐富的晶體管資源轉(zhuǎn)化為實際的計算能力，是當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)研究中面臨的基本問題。傳統(tǒng)的超標(biāo)量和超長指令字結(jié)構(gòu)，由于采用集中式、全局控制結(jié)構(gòu)以及廣播式數(shù)據(jù)通路，導(dǎo)致功耗、線延遲和設(shè)計復(fù)雜度等諸多問題，很難進一步擴展，因此一種結(jié)構(gòu)模塊化、分布化、層次化的分片式處理器體系結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生。分片式處理器通過資源分布和資源復(fù)制策略代替?zhèn)鹘y(tǒng)集中式控制結(jié)構(gòu)，用點到點片上數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)取代廣播式數(shù)據(jù)通路，

2、可擴展性大大增強。但在順序執(zhí)行模型下，受編譯技術(shù)和應(yīng)用本身的限制，很難充分發(fā)掘應(yīng)用的指令級并行性。因此，我們提出分片式處理器上基于指令塊的激進執(zhí)行模型。本文針對影響分片式處理器激進執(zhí)行模型有效性的幾個方面進行了分析和實驗驗證，為激進執(zhí)行模型的實踐提供了理論指導(dǎo)。 本文采用理論分析和實驗驗證相結(jié)合的方法，一方面在理論上分析了各種因素對于分片式處理器激進執(zhí)行模型的影響，另一方面對這些影響因素建立有效的實驗評價方案和實驗環(huán)境，進行實驗

3、驗證。 本文的研究內(nèi)容和成果包括以下幾個方面：(1)從控制流的角度，分析了控制相關(guān)對于激進執(zhí)行模型的影響，提出了塊級預(yù)測技術(shù)，設(shè)計了一種基于傳統(tǒng)分支預(yù)測器的塊級分支預(yù)測器；并且針對塊間的控制相關(guān)，提出了自己的實驗評價方案，評價了控制相關(guān)對于分片式處理器上激進執(zhí)行模型有效性的影響。實驗結(jié)果表明，由于塊級預(yù)測具有較高的預(yù)測精度，適合深度推測，因而控制相關(guān)對于激進執(zhí)行模型有效性影響較小。(2)從數(shù)據(jù)流的角度，分析了數(shù)據(jù)相關(guān)對于激進執(zhí)行

4、模型的影響，提出了塊間的數(shù)據(jù)forwarding和值預(yù)測技術(shù)，并給出了塊間數(shù)據(jù)依賴深度概念。實驗表明大部分應(yīng)用都具有較高的依賴深度，并且可以通過數(shù)據(jù)流推測技術(shù)進一步減少數(shù)據(jù)相關(guān)造成的等待時延，因而數(shù)據(jù)相關(guān)對于分片式處理器激進執(zhí)行模型有效性影響較小。(3)針對結(jié)構(gòu)相關(guān)對于激進執(zhí)行模型的影響，分別對各種可能的結(jié)構(gòu)相關(guān)因素；進行了分析和實驗。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)相關(guān)對于分片式處理器激進執(zhí)行模型幾乎沒有影響，并且有利于把更多的片上資源轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為芯片的計