分布式動(dòng)態(tài)可重構(gòu)多核處理器上的取指停頓容忍技術(shù).pdf

1、近年來(lái)，隨著片上多處理器(CMP)成為各種芯片設(shè)計(jì)的主流結(jié)構(gòu)，如何提高串行程序的性能已成為迫待解決的問(wèn)題。一些研究者提出了采用分布式動(dòng)態(tài)可重構(gòu)多核處理器(Distributed Dynamic Reconfigurable Chip Multiprocessor,DDRCMP)結(jié)構(gòu)，能夠在靈活支持多線程程序運(yùn)行的同時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)地將片上的物理核組合成性能更為強(qiáng)大的邏輯處理器，來(lái)滿足加速單個(gè)線程或串行任務(wù)的需求。但是，這種結(jié)構(gòu)目前存在的一個(gè)

2、主要的性能瓶頸是取指停頓。取指停頓主要是由各種誤預(yù)測(cè)事件引起的流水線刷新造成的。本文主要針對(duì)兩種常見(jiàn)的誤預(yù)測(cè)事件——訪存違例和分支誤預(yù)測(cè)，提出了一種分布式回放協(xié)議和一種分布式控制無(wú)關(guān)技術(shù)，用來(lái)減少誤預(yù)測(cè)事件對(duì)分布動(dòng)態(tài)可重構(gòu)多核結(jié)構(gòu)造成的性能損失。
　　 本文的主要研究工作和成果包括：
　　 (1)研究了DDRCMP上的數(shù)據(jù)推測(cè)恢復(fù)機(jī)制，提出了一種分布式回放協(xié)議，該協(xié)議提供了一種輕量級(jí)的指令回放機(jī)制使得處理器不需要沖刷流水

3、線就能夠從數(shù)據(jù)誤預(yù)測(cè)中恢復(fù)。本文將分布式回放協(xié)議應(yīng)用到分布式動(dòng)態(tài)可重構(gòu)多核處理器TFlex的訪存違例恢復(fù)當(dāng)中，加入了回放協(xié)議的TFlex從訪存推測(cè)中解放出來(lái)，所有內(nèi)存讀指令可以激進(jìn)地發(fā)射而不必?fù)?dān)心訪存違例會(huì)造成性能下降，從而極大地發(fā)掘了串行任務(wù)的性能極限，并且提高了TFlex的性能可擴(kuò)展性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入了分布式回放協(xié)議后，由16個(gè)物理核組成的TFlex邏輯處理器性能達(dá)到了完美性能的99％。
　　 (2)研究了DDRCMP上

4、的分支預(yù)測(cè)恢復(fù)機(jī)制，提出了一種分布式控制無(wú)關(guān)技術(shù)，用于減少分支誤預(yù)測(cè)引起的性能損失。本文將分布式控制無(wú)關(guān)應(yīng)用到TFlex的分支誤預(yù)測(cè)恢復(fù)當(dāng)中。分布式控制無(wú)關(guān)技術(shù)通過(guò)保存誤預(yù)測(cè)分支指令后面的有用指令和計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步減少流水線沖刷廣度和次數(shù)；結(jié)合分布式回放協(xié)議，TFlex能夠快速識(shí)別和重新執(zhí)行被保留的數(shù)據(jù)依賴被更新的指令，從而保證了程序的正確性。分布式控制無(wú)關(guān)技術(shù)明顯地提高了串行程序在TFlex上運(yùn)行的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入分布式控制無(wú)