[發明專利]一個用于時分復用流水線處理器的指令或數據功能存儲器的方法

在審

• 申請號: 202110434316.1
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113127066A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 劉欣
• 申請（專利權）人: 劉欣
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一個用于時分復用流水線處理器的指令或數據功能存儲器的方法，特征為：處理器使用一個多級流水線，流水線的各級流水部件在同一個流水線時鐘周期執行不同線程的操作；所有復用該流水線的線程根據其切入流水線的時間規律，分成多個線程組，指令或數據功能存儲器使用多個容量相同或不同的子存儲器組合而成，所有線程通過時分復用方式訪問一個或多個指令或數據功能存儲器的子存儲器，一個可行的子存儲器實體是單端口的靜態隨機存儲器(SP?SRAM)。

技術領域

本發明涉及處理器結構領域，尤其是細粒度多線程處理器的存儲器的組織結構。

背景

在目前的細粒度多線程處理器，通過時分復用的方法訪問固定容量的程序存儲器或數據存儲器，本發明通過組合小容量的子存儲器生成程序存儲器或數據存儲器，還可以動態調整存儲器的大小，實現對存儲器容量與帶寬最大化效率使用，通過精細控制子存儲器的時鐘和供電，進一步節省功耗。

發明內容

一個用于時分復用流水線處理器的指令或數據功能存儲器的方法，特征為：處理器使用一個多級流水線，流水線的各級流水部件在同一個流水線時鐘周期執行不同線程的操作；所有復用該流水線的線程根據其切入流水線的時間規律，分成多個線程組，每個線程組內的線程不會同時出現在流水線上；不同線程組支持的指令集可以相同也可以不同；指令或數據功能存儲器使用多個容量相同或不同的子存儲器組合而成；同一個指令或數據功能存儲器的子存儲器不會同時響應不同的線程組；所有線程組內的所有線程通過時分復用方式訪問一個或多個指令或數據功能存儲器的子存儲器；子存儲器訪問時隙未被完全被占用時，其空閑訪問時隙可以留給外設或其他設備訪問，也可以保持空閑。

一個典型的分組方法為：由于處理器的流水級數為N，一個線程的一條指令需要N個流水時鐘周期才能完成，所以任何線程的指令執行速度最大值為流水線時鐘的N分之1，線程切入流水線的時刻的流水線時鐘計數值除以N后的余數相同的線程不會同時出現在流水線上，所以它們對指令或數據功能存儲器的訪問也永遠不會同時出現。把這些永遠不會同時出現在流水線上的線程歸為一組，同一個指令或數據功能存儲器的子存儲器不會同時響應不同的線程組，同一個線程組內的線程由于不同時出現在流水線上，也不會同時訪問同一個子存儲器。

指令存儲器和數據存儲器共享同一物理存儲器集合，一個物理子存儲器可以按需靜態或動態的分配為指令存儲器功能或者數據存儲器功能，用若干個容量相同或不同的子存儲器組合而成最終的指令或數據功能存儲器可以更加有效的利用存儲器。

通過提高子存儲器讀寫時鐘的方法，例如存儲器工作在2倍流水線時鐘，可以提供更大的訪問帶寬給線程，使一個線程在一個流水線時鐘內可以讀寫更多的數據，或者可以在一個流水線時鐘內被2個線程組的線程使用，或被其他外設訪問。

不同線程組內的線程支持的指令集可以不相同，例如：簡單功能線程組的線程支持的指令只需要訪問1次指令存儲器和1次數據存儲器，而一些復雜的線程組的線程需要訪問2 次指令存儲器和3次數據存儲器，所以每個線程組的線程對指令或數據存儲器的帶寬需求并不相同，針對不同的帶寬需求，可以給予不同的線程組對指令或數據功能存儲器訪問的不同的帶寬或時間片，必要時，可以由某個線程組獨占一個或多個子存儲器。

在子存儲器較多的情況下，由于流水線不會同時訪問所有的子存儲器，對于在某個時間沒有被訪問的子存儲器，雖然可以一直提供其時鐘，但也可以不提供該時間的時鐘信號，達到省電目的，進一步還可以控制該子存儲器部分或全部信號線值不動或少動，同樣可以省電。

此外，子存儲器在一些情況下會超過用戶的實際需要，例如有8個128字節容量的子存儲器，用戶只需要6個子存儲器就滿足需要，那么對于沒有使用的2個閑置子存儲器，雖然可以一直正常供電，但也可以降低其供電電壓或者直接關掉其供電達到省電目的，如果6個用戶使用的子存儲器中的一個或多個在一定的時間內可以預期沒有訪問的需要但是其存儲的數據需要保持，也可以降低這些沒有訪問需要的子存儲器的供電，使之只起到保持數據的功能即可。需要注意的是，一個子存儲器是否被使用或者訪問，可以是動態的，而非一成不變。