[發明專利]異步指令執行裝置和方法

有效

• 申請號: 201480082566.1
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN107077381B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 楊紹拉;劉小成;許臻
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46
• 代理公司: 北京龍雙利達知識產權代理有限公司 11329
• 代理人: 王君;肖鸝

一種異步指令執行裝置和方法。該異步指令執行裝置(20)包括矢量執行單元控制VXUC模塊(21)和n個矢量執行單元數據VXUD模塊(221?22n)，n為正整數，其中，VXUC模塊(21)，用于執行指令譯碼和令牌管理；n個VXUD模塊(221?22n)級聯并且分別連接至VXUC模塊(21)，用于調用外部計算資源執行數據計算；其中，異步指令執行裝置處理的數據位寬為M，每個VXUD模塊的位寬為N，n＝M/N。該異步指令執行裝置分為VXUC和VXUD兩部分，其中VXUD的數目按照數據位寬設置，這樣每個VXUD的數據線可以分開走線，從而總線也可以分開走線，使得后端布線更加方便。

技術領域

本發明實施例涉及處理器領域，并且更具體地，涉及異步指令執行裝置和方法。

背景技術

當前的處理器，如中央處理單元(CPU，Central Processor Unit)主要按照流水線的方式執行操作，這是加快CPU速度的關鍵技術。同步處理器和異步處理器一般都采用這種流水線技術。在同步處理器中，流水線的每個操作是受同一個時鐘控制的，這種架構導致CPU的功耗比較高。異步處理器是在流水線的基礎上，每個操作使用的脈沖(即該操作的時鐘)不同步，并且根據當前指令是否需要該操作來給出脈沖，目的在于降低功耗。

目前主流的異步處理器電路比較復雜，包括控制邏輯和數據通路，其中控制邏輯包括握手協議和控制部件。在最新的一種異步處理器電路設計中，采用令牌(token)的方法來代替握手協議，可以使設計復雜度降低。令牌的思想類似于接力傳遞，當某個功能模塊接收到令牌信號時開始執行，執行結束后把令牌傳遞給下一個功能模塊，當下一個功能模塊不需要執行時，令牌直接透傳過去給后續模塊。在這種異步處理器中，令牌是時鐘信號，各個模塊通過令牌信號來采樣數據信號。

在一種典型的采用令牌的異步處理器中，時鐘信號經過延時邏輯單元，輸入到各個功能單元來采樣相應的數據信號，功能單元可包括采樣單元(clocked device)和處理邏輯(Processing Logic)。延時邏輯單元是該異步處理器一個重要的組成部分，也是與同步處理器區別開來的重要部件。延時邏輯單元控制令牌的使用時間和令牌的傳遞：當某單元收到令牌后執行完成將令牌傳遞出去，這段時間是令牌的使用時間；令牌的傳遞分為執行單元之間的傳遞和功能單元之間的傳遞。假設一個異步處理器中有M個執行單元(XU，eXecution Unit)，在每個XU中，有N個功能單元，則在XU之間有M個令牌的傳遞(下文中稱為令牌的縱向傳遞)，在每個XU內部功能單元之間有N個令牌在傳遞(下文中稱為令牌的橫向傳遞)，所以令牌的總數量為N×M。當某一個令牌在使用完之后，可以同時向下一個功能單元傳遞以及向下一個XU傳遞。

因此，對于采用令牌的異步處理器而言，其主體架構是XU和令牌邏輯，其中令牌的傳遞控制著XU的執行流程。

目前，基于令牌的異步處理器架構中，每個XU表示一個算術邏輯單元(ALU，Arithmetic Logic Unit)。該架構中還可以包括寄存器(REG，Register)、乘累加(MAC，Multiply Accumulate)單元和外部執行單元(EXU，External eXecution Unit)，其中MAC單元執行乘法等運算，EXU執行除法、浮點等運算。在該處理器架構中，令牌邏輯控制各單元執行的次序，n個XU就需要n個ALU，每個ALU里面有m個功能單元，那么傳遞的令牌需要有n×m個，這些令牌根據指令譯碼后的信息來產生時鐘脈沖(clock pulse)信號調用各個功能單元。

這種基于令牌的異步處理器架構靈活度不夠，ALU的數目和縱向的令牌數目必須保持一致。隨著未來處理器需要處理的數據位寬增大，XU的數目也需要增多，從而使得總線寬度很大，不利于后端布線。

發明內容

本發明實施例提供一種異步指令執行裝置和方法，能夠便于異步處理器的后端布線。