[發明專利]機會多線程方法及處理器

有效

• 申請號: 201110361140.8
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102495726A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 王生洪
• 申請（專利權）人: 無錫德思普科技有限公司
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種多線程處理器技術（Multi-threading).特別是涉及一種機會多線程方法及處理器。

背景技術

多線程并行處理技術（Multi-Threading）被廣泛的應用在高性能處理器的設計中以降低高速處理器指令執行中存在的等待周期的影響以提高處理器的性能和運行效率。其中用的最普遍的是同步多線程技術（Simultaneous?Multi-threading)?或叫?SMT。如?Intel?的?Hyper-Threading,?IBM?的?POWER5,?Sun?Microsystems?的?UltraSPARC?T2及?MIPS?的?MT?都是采用了SMT技術。

SMT技術除了需要給每個線程都有自己的一套執行程序所需的寄存器外還要在每級的?流水線加上線程跟蹤邏輯，增加共享資源的尺寸，如指令Cache,?TLBs等。其線程跟蹤邏輯不僅要跟蹤線程的行程還要檢查和判斷該線程是否已執行完成。由于會有大量的線程處于執行或半執行狀態，因而CPU的Caches及TLB的尺寸必須足夠大以避免不必要的線程之間的Thrashing。

雖然SMT技術能提高處理器的運算能力但由于硬件的復雜程度大大提高因而很難應用于嵌入式處理器及低功耗處理器的設計。

為了克服SMT多線程控制電路的復雜性和降低功耗。另一類簡化的多線程技術，分時多線程技術，也得到一定應用。分時多線程技術是指在一定的指令周期內只有一個線程在運行。它又可分成分塊多線程（BLOCK?MULTI-THREADING）和交錯多線程（INTERLEAVED?MULTI-THREADING）。分塊多線程技術因為其對處理器的運行效率提高非常有限而通常用于像微控制器（MICRO-CONTROLER）等低性能處理器。交錯多線程技術因為其控制電路簡單但其運算能力和效率比單線程處理器有提高明顯而在一要求高性能低功耗的處理器中得到一定的推廣應用。其中典型的代表就是令牌觸發多線程技術?(Token?Triggered?threading)。

這種多線程技術有如下幾個特點：

（1）它是一種分時執行的過程。每一個線程的執行是按自己所授予的時鐘周期來執行。而每個時鐘周期只有一個線程發出指令。

（2）一個線程通過后會告訴下個周期應該是哪個線程該啟動。這樣大大的簡化了線程選擇硬件。

（3）硬件保證了每個線程都有相同的指令執行時間

（4）運算結果能保證在指定的周期內完成。因此不需要指令執行相關檢查和繞行硬件

圖一給出了一個四線程的令牌觸發多線程的多線程執行時序圖。

令牌觸發多線程技術在簡化多線程的硬件結構降低功耗上效果明顯，但是也因此降低了處理器運算單元的使用效率尤其是單個線程的處理效率下降以致處理器的執行能力比SMT要降低很多。

下面是目前的Sandblaster2.0的令牌觸發多線程結構所存在的一些缺陷

1．為確保線程之間不會互相干擾及簡化硬件結構而采用的分時順序執行的策略的同時也造成了時鐘周期的使用效率降低。也降低了單個線程的處理能力。比如線程T₁由于指令Miss而需要從外部讀取時，由于外部存儲器的速度較慢而導致T₁不能及時取得指令而線程T₀則有指令等待的執行.但是由于結構限制了時鐘周期C₁只能被用于T₁這時時鐘周期C₁就被浪費了

2．為了避免線程之間的Thrashing及簡化跟蹤電路，Sandblaster2.0設計成每個線程都有自己一個完全獨立的指令內存。線程之間完全不能分享或共享其他線程的指令內存而極大的浪費了內存資源。

發明內容

本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種機會驅動多線程方法及處理器。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

本發明機會多線程方法，機會驅動多線程方法使用第零線程、第一線程、第二線程、第三線程和第零時鐘周期、第一時鐘周期、第二時鐘周期、第三時鐘周期，機會多線程方法包括以下步驟：

一、如果第零線程、第一線程、第二線程、第三線程都有指令準備好且等待執行時，第零時鐘周期、第一時鐘周期、第二時鐘周期、第三時鐘周期就被固定的分配給第零線程、第一線程、第二線程、第三線程；