[發(fā)明專利]一種面向SIMT統(tǒng)一染色陣列的指令集

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711201020.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN108022200A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任向隆;張駿;韓立敏;鄭新建;牛少平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G06T1/20
• 分類號(hào): G06T1/20;G06F7/483
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王中興

本發(fā)明公開了一種面向SIMT統(tǒng)一染色陣列的指令集，該指令集采用RISC結(jié)構(gòu)，每條指令均為單字長；支持32個(gè)通用定點(diǎn)寄存器、32個(gè)通用浮點(diǎn)寄存器、32個(gè)特殊功能定點(diǎn)寄存器、32個(gè)特殊功能浮點(diǎn)寄存器；該指令集包括定點(diǎn)指令、浮點(diǎn)指令、控制指令和存儲(chǔ)加載指令，構(gòu)成了一個(gè)完整的圖形處理器SIMT統(tǒng)一染色陣列中染色內(nèi)核的指令集。本發(fā)明可以極大地方便染色程序的編寫，并有效提升染色的效率，可用于自主圖形處理器芯片的研制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖形處理器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及圖形處理器染色內(nèi)核的指令集設(shè)計(jì)，尤其涉及一種面向SIMT統(tǒng)一染色陣列的指令集。

背景技術(shù)

圖形處理器(GPU)是進(jìn)行圖形繪制、圖像及視頻處理和顯示的關(guān)鍵部件，普遍存在于各類需對(duì)窗口系統(tǒng)、圖形界面、游戲場景、圖像應(yīng)用和視頻播放等進(jìn)行加速的系統(tǒng)之中。SIMT統(tǒng)一染色陣列是統(tǒng)一染色圖形處理器中負(fù)責(zé)頂點(diǎn)和像素染色的核心部件。SIMT統(tǒng)一染色陣列(USA)由多個(gè)SIMT染色器簇(SSC)成，而每個(gè)SSC則又有多個(gè)染色處理單元(SPU)組成，每個(gè)SPU由4個(gè)染色內(nèi)核(SC)和1個(gè)特殊功能單元(SFU)組成。

為具備較強(qiáng)的通用性，通用的CPU內(nèi)核控制邏輯和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，集成度不能做到很高，且為具有廣泛的適應(yīng)性，指令集較為龐大，指令種類繁多、尋址方式復(fù)雜；SSC作為圖形處理器中專門用于對(duì)頂點(diǎn)、像素染色進(jìn)行并行處理的專用處理器簇，具有專用性，運(yùn)算面向特定應(yīng)用，更加注重專用運(yùn)算能力、并行度和集成度，故需要控制簡便、實(shí)現(xiàn)簡單、運(yùn)算定制、可大量集成的染色內(nèi)核。因此，SIMT統(tǒng)一染色陣列的指令集不宜采用通用性強(qiáng)的通用CPU指令集，而需要采用面向圖形處理染色任務(wù)專門設(shè)計(jì)、定制的指令集。此外，圖形處理器、以及統(tǒng)一染色陣列設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的差異，決定了不同的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，必須采用與之適應(yīng)的指令集，才能獲得較高的圖形加速性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種適用于圖形處理器SIMT統(tǒng)一染色陣列中染色內(nèi)核設(shè)計(jì)的指令集。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種面向SIMT統(tǒng)一染色陣列的指令集，該指令集采用RISC結(jié)構(gòu)，每條指令均為單字長；該指令集支持32個(gè)通用定點(diǎn)寄存器、32個(gè)通用浮點(diǎn)寄存器、32個(gè)特殊功能定點(diǎn)寄存器、32個(gè)特殊功能浮點(diǎn)寄存器；該指令集包括定點(diǎn)指令、浮點(diǎn)指令、控制指令和存儲(chǔ)加載指令，共4類139條指令，構(gòu)成了一個(gè)完整的圖形處理器SIMT統(tǒng)一染色陣列中染色內(nèi)核的指令集。

1、所述的定點(diǎn)指令：

包括算術(shù)運(yùn)算指令、特殊運(yùn)算指令、條件傳送指令、條件設(shè)置指令、無條件傳送指令、位操作指令；

算術(shù)運(yùn)算、特殊運(yùn)算、條件傳送、條件設(shè)置指令默認(rèn)為有符號(hào)運(yùn)算；無條件傳送、位操作指令默認(rèn)為無符號(hào)運(yùn)算；

算術(shù)運(yùn)算指令包括：加法、帶進(jìn)位加法、減法、帶借位減法、乘法、乘累加、除法、取余；

特殊運(yùn)算指令包括：對(duì)數(shù)、指數(shù)、倒數(shù)、倒數(shù)平方根、平方根、正弦、余弦；

條件傳送指令包括：小于傳送、大于傳送、小于等于傳送、大于等于傳送、等于傳送、不等于傳送；

條件設(shè)置指令包括：小于設(shè)置、大于設(shè)置、小于等于設(shè)置、大于等于設(shè)置、等于設(shè)置、不等于設(shè)置；

無條件傳送指令包括：無條件傳送、特殊寄存器無條件傳送、SFU無條件傳送、SFU特殊寄存器無條件傳送；

位操作指令包括：與、與非、或、或非、異或、異或非、邏輯左移、算術(shù)左移、邏輯右移、算術(shù)右移；

定點(diǎn)指令，除特殊寄存器無條件傳送和SFU特殊寄存器無條件傳送指令外，每條指令的源操作數(shù)均有寄存器操作數(shù)和立即數(shù)操作數(shù)兩種格式，(即目的操作數(shù)－源操作數(shù)，具有R－R、R－I兩種；其中，R：寄存器，I－立即數(shù))；特殊寄存器無條件傳送和SFU特殊寄存器無條件傳送指令源操作數(shù)僅具有寄存器格式(R－R)。