[發(fā)明專利]一種向量聚合裝載指令的實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911113890.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN110908716B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭重;王永文;孫彩霞;王俊輝;隋兵才;倪曉強(qiáng);雷國(guó)慶;黃立波;郭維;郭輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/30
• 分類號(hào): G06F9/30;G06F9/38
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發(fā)明涉及微處理器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種向量聚合裝載指令的實(shí)現(xiàn)方法，步驟包括：將向量聚合裝載指令拆分為多個(gè)單元素的普通裝載微操作；將拆分后微操作及相應(yīng)的元素序號(hào)發(fā)往指令隊(duì)列中；操作數(shù)準(zhǔn)備好后，將單元素裝載微操作發(fā)往存儲(chǔ)流水線獲取數(shù)據(jù)；將獲取到的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩存項(xiàng)的對(duì)應(yīng)元素中；數(shù)據(jù)緩存項(xiàng)所有元素?cái)?shù)據(jù)寫入后，將結(jié)果數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩存寫到結(jié)果總線上，向量聚合裝載指令執(zhí)行完畢。本發(fā)明能夠有效提高向量聚合裝載指令執(zhí)行的性能，同時(shí)能最大限度利用普通裝載指令的通路，適用于高性能亂序超標(biāo)量微處理器，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微處理器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種向量聚合裝載指令的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

為了適應(yīng)應(yīng)用程序的發(fā)展，提高程序執(zhí)行效率，在主流指令集中都增加了多種向量擴(kuò)展。充分利用向量操作的并行性可以提高系統(tǒng)性能。在向量擴(kuò)展中，有一類向量聚合裝載指令（Gather Load，記為GLoad），和普通裝載指令有很大區(qū)別。如圖1中的 （a）所示，普通裝載指令將存儲(chǔ)空間中的一段連續(xù)地址的數(shù)據(jù)裝載到寄存器中。而對(duì)于向量聚合裝載指令，如圖1中的 （b）所示，向量的每個(gè)元素地址不同，該指令需要從存儲(chǔ)的多個(gè)不相關(guān)的區(qū)域分別取出一個(gè)元素，并裝載到寄存器對(duì)應(yīng)的元素區(qū)域。

普通裝載指令通常訪問一個(gè)存儲(chǔ)地址的連續(xù)區(qū)域，通常只需要一個(gè)訪存操作就能完成。而向量聚合裝載指令同時(shí)需要訪問多個(gè)不同的存儲(chǔ)地址，在實(shí)現(xiàn)上有很大的難度。為了保持微處理器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性，可以將該指令拆分為多個(gè)微操作，每個(gè)微操作獲取一個(gè)地址的數(shù)據(jù)，然后再將這些數(shù)據(jù)組裝為一個(gè)寄存器寬度的數(shù)據(jù)。這樣做可以最大限度利用現(xiàn)有的訪存通路，避免額外的硬件開銷。如圖2所示，向量聚合裝載指令為：GLoadZd，Zn，Rm，其中Zd為目的向量寄存器，Zn為源向量寄存器，Rm為源標(biāo)量寄存器；拆分后的微操作序列中，Zni表示源操作為Zn的第i個(gè)元素。

如果進(jìn)行這樣的微操作拆分，那么對(duì)于向量長(zhǎng)度為4個(gè)元素的GLoad指令來說，需要拆分為7個(gè)微操作才能完成一個(gè)向量聚合裝載指令的功能。這樣拆分后，除了數(shù)據(jù)獲取的Load操作外，還增加了3個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的Perm操作，從而增加了指令執(zhí)行的功耗和指令執(zhí)行的延遲，導(dǎo)致性能下降。另外，在硬件設(shè)計(jì)上也需要增加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的perm操作。

申請(qǐng)?zhí)枮?01810668398.4的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種面向標(biāo)量和向量指令混合執(zhí)行的發(fā)射方法及裝置，該方法可以用于向量聚合裝載指令的發(fā)射和管理，但是該方法有以下三個(gè)缺點(diǎn)：1）向量緩沖部件微操作管理的功能和發(fā)射隊(duì)列功能重復(fù)，造成資源浪費(fèi)。2）由于向量緩沖部件有微操作管理的邏輯，故部件資源較大，受限于整個(gè)芯片硬件資源，向量緩沖部件無法同時(shí)支持多個(gè)向量聚合裝載指令，造成多個(gè)向量聚合裝載指令無法并行執(zhí)行，程序性能受限。3）由于發(fā)射隊(duì)列和向量緩沖部件中都有指令要發(fā)往流水線，需要額外的仲裁部件支持，并且指令之間順序管理變復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種向量聚合裝載指令的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明能夠有效提高向量聚合裝載指令執(zhí)行的性能，同時(shí)能最大限度利用普通裝載指令的通路，適用于高性能亂序超標(biāo)量微處理器，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能高的優(yōu)點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種向量聚合裝載指令的實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)施步驟包括：

1）將向量聚合裝載指令按照向量元素大小拆分為多個(gè)普通裝載微操作；

2）將拆分后的普通裝載微操作發(fā)往指令隊(duì)列中；

3）在指令隊(duì)列中等待普通裝載微操的源操作數(shù)準(zhǔn)備好，在源操作數(shù)準(zhǔn)備好后將對(duì)應(yīng)的普通裝載微操作發(fā)射到存儲(chǔ)流水線中并帶上向量元素序號(hào)；

4）執(zhí)行單個(gè)元素的普通裝載微操作；

5）判斷是否執(zhí)行成功，如果執(zhí)行成功則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行下一步；否則發(fā)射隊(duì)列需要擇機(jī)將該元素的訪存操作重新發(fā)射到流水線中獲取數(shù)據(jù)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3）；