[發明專利]用于支持矢量排序算法和其他算法的具有樹狀結構的功能單元

有效

• 申請號: 201380062359.5
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN105051679B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: R·M·約費;N·C·加洛坡馮伯里斯
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30;G06F9/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 鄔少俊;王英

描述了一種具有指令執行管線的功能單元的裝置。所述功能單元具有耦合到網絡電路的多個比較和交換電路，以實現矢量排序樹以用于矢量排序指令。所述比較和交換電路中的每一個具有用于比較一對輸入的相應比較電路。所述比較和交換電路中的每一個具有相同側的第一輸出以用于呈現兩個輸入中的較高者，并且具有相同側的第二輸出以用于呈現兩個輸入中的較低者，所述比較電路還支持所述功能單元執行前綴最小和/或前綴相加指令。

技術領域

本發明的領域總體上涉及計算科學，并更具體地涉及能夠利用排序網絡執行多個不同指令的功能單元。

背景技術

矢量指令執行管線

圖1示出在半導體芯片上用邏輯電路實現的處理核心100的高級圖。處理核心包括管線101。管線由多階段組成，每個階段被設計成在完全執行程序代碼指令所需要的多步驟過程中執行特定步驟。這些通常至少包括：1)指令提取和解碼；2)數據提取；3)執行；4)寫回。執行階段對通過指令所標識并在先前的階段(例如，上文的步驟2))中所提取的數據來執行由在另一先前階段所提取并解碼的指令(例如，在上文的步驟1)中)所標識的特定操作。對其進行操作的數據通常是從(通用)寄存器存儲空間102提取的。在完成操作時所創建的新數據通常也被“寫回”到寄存器存儲空間(例如，在上文的階段4))。

與執行階段相關聯的邏輯電路通常由多個“執行單元”或“功能單元”103_1至103_N組成，“執行單元”或“功能單元”103_1至103_N各自被設計成執行其自身的獨特的操作子集(例如，第一功能單元執行整型數學操作，第二功能單元執行浮點指令，第三功能單元執行從/到高速緩存/存儲器的加載/存儲操作等)。由所有的功能單元執行的所有操作的集合對應于由處理核心100所支持的“指令集”。

兩種類型的處理器架構在計算機科學領域被廣泛認可：“標量”和“矢量”。標量處理器被設計成執行對單個集合的數據執行操作的指令，而矢量處理器被設計成執行對多個集合的數據執行操作的指令。圖2A和圖2B呈現了展示出標量處理器與矢量處理器之間的基本差別的比較性示例。

圖2A示出標量AND指令的示例，其中單個操作數集A和B被AND在一起，以產生單一(或“標量”)結果C(即，A.AND.B＝C)。與此相比，圖2B示出矢量AND指令的示例，其中兩個操作數集A/B和D/E被分別AND在一起，以產生矢量結果C、F(即，A.AND.B＝C和D.AND.E＝F)。作為術語，“矢量”是具有多個“元素”的數據元素。例如，矢量V＝Q，R，S，T，U具有五個不同的元素：Q，R，S，T及U。示例性矢量V的“尺寸”是5(因為它具有五個元素)。

圖1還示出了不同于通用寄存器空間102的矢量寄存器空間107的存在。具體而言，通用寄存器空間102名義上用于存儲標量值。由此，當執行單元中的任何一個執行標量運算時，它們名義上使用調用自(并將結果寫回到)通用寄存器存儲空間102的操作數。與此相比，當執行單元中的任何一個執行矢量運算時，它們名義上使用調用自(并將結果寫回到)矢量寄存器空間107的操作數。存儲器的不同區域可以被類似地分配以用于標量值和矢量值的存儲。

也要注意的是掩碼邏輯104_1至104_N和105_1至105_N存在于到功能單元103_1至103_N的相應的輸入端以及從功能單元103_1至103_N的輸出端。在各種實施方式中，對于矢量運算，實際上僅實現這些層中的一個——盡管這不是一個嚴格的要求(盡管在圖1未示出，但是可以想象，僅執行標量而不執行矢量運算的執行單元無需具有任何掩碼層)。對于采用掩碼的任何矢量指令，輸入掩碼邏輯104_1至104_N和/或輸出掩碼邏輯105_1至105_N可以用于控制對哪些元素有效地進行了操作以用于矢量指令。這里，掩碼矢量從掩碼寄存器空間106讀取(例如，連同從矢量寄存器存儲空間107讀取的輸入操作數矢量一起)并被呈現給掩碼邏輯104、105層中的至少一個。