[發(fā)明專利]具有高性能密碼操作的標(biāo)量單元

在審

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• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111290791A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵平平;駱培;李成
• 申請（專利權(quán)）人: 上海天數(shù)智芯半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉佳慧

本發(fā)明的實(shí)施例通過對標(biāo)量單元進(jìn)行變化來提供技術(shù)解決方案，以使其能夠用于高性能密碼應(yīng)用程序。本發(fā)明的各方面提供了具有四個(gè)32位算術(shù)邏輯單元(ALU)的標(biāo)量單元。這四個(gè)ALU可以獨(dú)立地用作四個(gè)單獨(dú)的通道，每個(gè)通道生成32位結(jié)果。因此，每周期完成的指令數(shù)(IPC)可以是4個(gè)。此外，這四組32位ALU可被配置為兩個(gè)64位ALU，每兩個(gè)32位ALU為一組。在一個(gè)實(shí)施例中，該配置每個(gè)周期可以生成兩個(gè)64位結(jié)果。此外，當(dāng)ALU組合為一個(gè)單一單元時(shí)，這四組32位ALU可被配置為一個(gè)128位ALU。本發(fā)明的各方面從一組四個(gè)32位標(biāo)量ALU產(chǎn)生數(shù)據(jù)寬度或格式不同于32位的輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及提供增強(qiáng)型標(biāo)量操作。

背景技術(shù)

諸如中央處理單元(CPU)或圖形處理單元(GPU)等的處理器中的向量處理執(zhí)行指令集，該指令集包含對被稱為向量的一維數(shù)據(jù)陣列進(jìn)行操作的指令。這與標(biāo)量處理器形成對比，其指令對單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行操作。

向量指令通常在連續(xù)周期中對每個(gè)數(shù)據(jù)元素執(zhí)行操作。指令中的向量功能單元是管線型的。此外，每個(gè)管線級對一段數(shù)據(jù)操作，并且沒有向量依賴性(在內(nèi)部和向量之間)。

然而，存在缺點(diǎn)，尤其是在向量操作不規(guī)則時(shí)。同時(shí)，如果存儲器操作平衡未被監(jiān)測和維護(hù)，并且數(shù)據(jù)未正確地或適當(dāng)?shù)赜成涞竭m當(dāng)?shù)拇鎯欤瑒t存儲器存取可能遇到瓶頸制約。

對于標(biāo)量處理，其通常被分類為SISD處理(單指令，單數(shù)據(jù))。此方法的另一變化是單指令、多線程(SIMT)處理。傳統(tǒng)的SIMT多線程處理器通過將線程組織成組并在單獨(dú)的處理管線、標(biāo)量或向量管線上執(zhí)行每個(gè)線程來提供多個(gè)線程的并行執(zhí)行。在單個(gè)周期中調(diào)度由一個(gè)組中的線程執(zhí)行的指令。生成處理管線控制信號，使得當(dāng)線程跨越處理管線的各級時(shí)，組中的所有線程執(zhí)行一組類似的操作。例如，一組中的所有線程從寄存器文件讀取源操作數(shù)，執(zhí)行處理單元中的指定算術(shù)運(yùn)算，并將結(jié)果寫回到寄存器文件。當(dāng)在處理器中支持多個(gè)語境時(shí)，SIMT需要額外存儲器用于復(fù)制同一內(nèi)核中使用的恒定值。因而，當(dāng)從主存儲器或緩存加載不同恒定值時(shí)，引入等待時(shí)間開銷。

由于向量處理在并行處理中的運(yùn)行優(yōu)勢，近年來密碼術(shù)已利用向量處理的優(yōu)點(diǎn)。然而，通常基于密碼算法和指令的密碼操作對于某些應(yīng)用程序可能太慢。例如，許多密碼算法需要大的存儲器和高計(jì)算性能。通用GPU(GPGPU)中的向量單元每個(gè)線程不具有大的存儲器。另一方面，在提及密碼操作與需求時(shí)，相比向量單元，GPGPU裝置中的典型標(biāo)量單元具有相對較弱的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例通過對標(biāo)量單元進(jìn)行小變化來提供技術(shù)解決方案，以使其能夠用于高性能密碼應(yīng)用程序。本發(fā)明的各方面提供了具有四個(gè)32位算術(shù)邏輯單元(ALU)的標(biāo)量單元(SU)。在一個(gè)實(shí)施例中，這四個(gè)ALU可以獨(dú)立地用作四個(gè)單獨(dú)的通道，每個(gè)通道生成32位結(jié)果。因此，每周期完成的指令數(shù)(IPC)可以是4個(gè)。此外，這四組32位ALU可被配置為兩個(gè)64位ALU，每兩個(gè)32位ALU為一組。在一個(gè)實(shí)施例中，該配置每個(gè)周期可以生成兩個(gè)64位結(jié)果。此外，當(dāng)ALU組合為一個(gè)單一單元時(shí)，這四組32位ALU可被配置為一個(gè)128位ALU。本發(fā)明的各方面從一組四個(gè)32位標(biāo)量ALU產(chǎn)生數(shù)據(jù)寬度或格式不同于32位的輸出。

此外，本發(fā)明的各方面創(chuàng)建了以這樣的方式管理和利用標(biāo)量單元的新控制器。

附圖說明

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以了解，為了簡單和清晰起見，示出了附圖中的元件，因此為了避免混淆本發(fā)明的方面并未示出所有的連接和選項(xiàng)。例如，在商業(yè)上可行的實(shí)施例中有用或必需的常見但易于理解的元件通常不進(jìn)行描繪，以便有助于較少阻擋對本公開的這些各種實(shí)施例的觀察。將進(jìn)一步了解，可以以特定的發(fā)生次序描述或描繪某些動作和/或步驟，而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，實(shí)際上不需要關(guān)于序列的此類特異性。還應(yīng)當(dāng)理解，本文所用的術(shù)語和表達(dá)將關(guān)于其各自的相應(yīng)探究和研究領(lǐng)域進(jìn)行限定，除非本文中另外闡述了特定含義。