[發明專利]具有可編程預取器的處理器

有效

• 申請號: 201810654756.6
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN108829615B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 葛蘭·G·亨利;羅德尼·E·虎克;泰瑞·派克斯;道格拉斯·R·瑞德
• 申請（專利權）人: 上海兆芯集成電路有限公司
• 主分類號: G06F12/0862
• 分類號: G06F12/0862;G06F12/0897
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

一種具有可編程預取器的處理器，其包括用于從外部存儲器預取信息的可編程預取器。可編程預取器包括加載監視器、可編程預取引擎和預取請求器。加載監視器追蹤通過處理器所發出的加載請求，以從外部存儲器檢索信息。可編程預取引擎被配置成通過至少一個預取程序來編程以運行為編程預取器，從而使得在處理器的操作期間，編程預取器基于通過處理器所發出的加載請求，生成至少一個預取地址。請求器使用每一所生成的預取地址從外部存儲器預取信息。預取存儲器可以存儲一個或多個預取程序，并且可以包括預取編程器以基于正執行的進程從所存儲的預取程序中進行選擇來編程預取器。可以根據預取定義來配置每一預取程序。

本申請是申請日為2016年11月29日、申請號為201680054997.6(國際申請號PCT/US2016/064043)、發明名稱為“具有可編程預取器的處理器”的申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求以下美國臨時專利申請的優先權，其全部內容通過引用包含于此。

本申請涉及下面與本申請同時提交的美國專利申請，其全部內容通過引用包含于此。

技術領域

本發明大體涉及處理器的預取信息，尤其涉及根據編程預取程序進行預取操作的可編程預取器。

背景技術

由于更高效率水平下的更高性能，處理器日益變得更強大。這里使用的術語“處理器”是指任意類型的處理單元，包括微處理器、中央處理單元(CPU)、一個或多個的處理核、微控制器等。這里使用的術語“處理器”還包括諸如集成在芯片或者集成電路(IC)上的處理單元等的任意類型的處理器配置，其中該處理單元包括片上系統(SOC)等內所包含的處理單元。半導體制造技術不斷進步，從而使得集成在處理芯片上的電路的速度提高、消耗功率降低和尺寸縮小。集成尺寸的縮小允許在處理單元內整合其他功能。然而，一旦傳統的處理器被制造出來，該處理器的多個內部功能和操作基本上是固定的。

存儲訪問延遲是影響處理性能和效率的重要因素。處理電路通常通過多層電路和相關訪問協議與主存儲器分離。例如，處理器可以被耦接至存儲諸如指令(例如，代碼)、數據和其他信息等的處理器所需的信息的外部系統存儲器。由于該信息通常必須穿過(traverse)諸如總線接口單元和/或者存儲器控制器等的多級電路，并且外部裝置通常以與更快的處理器或者核時鐘相比較低的系統時鐘來運行，因而對外部系統存儲器的訪問可能相對較慢。

為了提高性能和效率，處理器典型地包括在本地存儲從外部存儲器所檢索(retrieve)到的信息的一級或多級高速緩沖存儲器，以便通過處理電路更快地訪問。因為內部高速緩存器在物理上更接近且具有較少的中間電路級，并且通常以更快的時鐘速度運行，因而對該高速緩存器的訪問大體上速度更快。處理器執行具有用于訪問請求信息(例如，數據或者指令)的地址的加載型(load-type)指令。當請求信息位于調用緩存命中的內部高速緩存器中時，利用最小延遲檢索該信息。否則，發生緩存未命中，并且與內部高速緩沖存儲器相比，利用更大延遲從更高層級高速緩存器和/或者位于處理核或者處理器外部的系統存儲器檢索該信息。所檢索的信息可以是包含請求信息的一個或多個緩存行的形式。隨著進程的繼續，并且隨著內部處理器的高速緩存器被填滿，發生緩存命中的百分比增大，從而提高了處理器的整體性能。

預取是一種常用技術，其中，預先從外部系統存儲器檢索信息塊，并且將其存儲在本地處理器的高速緩存器中，以在需要時通過處理電路更快速地訪問。“預取器”或者預取引擎監視或者追蹤處理器實際所請求的信息(數據和/或者代碼)，并且試圖預期未來的請求，并提交用于檢索被預期的信息的請求。然而，僅當處理電路實際上及時地請求很大比例的被預期的信息時，才會提高性能和效率。沒有檢索目標信息或者檢索出太多錯誤信息的預取算法，可能不會明顯提高整體性能和效率。實際上，不準確的或者其他效率低下的預取算法可能對整體性能和效率產生負面影響。