[發明專利]具有硬件流水線的處理器

在審

• 申請號: 202211082534.4
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115904505A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: M·利夫斯利;I·金;A·古迪
• 申請（專利權）人: 想象技術有限公司
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38;G06F9/48;G06F9/50
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張亞靜;徐敏剛

本公開涉及具有硬件流水線的處理器。一種處理器，包括：硬件流水線的上游區段與下游區段之間的阻擋電路；以及控制電路，所述控制電路觸發上游區段以處理第一任務的上游階段，同時阻擋電路處于打開狀態，由此，來自對第一任務的上游階段的處理的第一數據從上游區段通過，以在第一任務的下游階段中處理。響應于檢測到上游區段已經完成對第一任務的上游階段的處理，控制電路在下游區段仍在處理第一任務的下游階段的同時觸發上游區段開始處理第二任務，并且將阻擋電路切換到關閉狀態，從而阻擋來自對第二任務的上游階段的處理的第二數據傳遞到下游階段。

技術領域

本公開涉及具有硬件流水線的處理器。

背景技術

一些處理器可以采用在固定功能電路中執行某些專用操作的專用硬件來設計。這種處理器的示例是GPU(圖形處理單元)，其可以包括在硬件中實施的一個或多個專用圖形處理流水線(注意，出于本公開的目的，術語“處理”不一定意味著在軟件中處理)。

例如，基于圖塊的GPU可以包括專用幾何形狀處理流水線和/或專用片段處理流水線。如本領域技術人員將熟悉的，幾何形狀處理將3D模型從3D世界空間變換到2D屏幕空間，所述2D屏幕空間在基于圖塊的系統中劃分成圖塊。3D模型通常包括例如點、線或三角形的圖元。幾何形狀處理包括應用視點變換，并且還可以包括頂點著色，和/或剔除和裁剪圖元。這可能涉及為每個圖塊編寫數據結構(“控制流”)，所述數據結構描述GPU可以從其渲染圖塊的圖元子集。因此，幾何形狀處理涉及確定哪些圖元落入哪個圖塊中。片段處理(也稱為渲染階段)獲取落入圖塊內的圖元列表，將每個圖元轉換成2D屏幕空間中的片段(像素的前體)，確定片段應該是什么顏色，以及片段如何對圖塊內的像素(將在屏幕上照亮的元素)作出貢獻。這可能涉及應用執行紋理化、照亮和/或施加諸如霧等效果的片段著色。可以使用透視正確紋理映射將紋理施加到片段。

在諸如GPU的專用處理器的執行邏輯上運行的軟件需要一種能夠將任務委派給其專用硬件流水線中的一個進行處理的機制。為了實現這一點，處理器包括寄存器組，軟件可以向該寄存器組寫入任務的描述符。描述符描述要執行的任務(即，工作負荷)。為此，描述符可以包括待由任務操作的數據，或更通常地指向存儲器中的數據的指針。并且/或者，描述符可以包括任務的一個或多個參數，或指向存儲器中的此類參數的指針。描述符可以由軟件根據來自其它地方(例如，在主機CPU上運行的驅動程序)的指令構建，并且可能需要從存儲器讀取與任務有關的數據。替代地，描述符可能已經由運行先前任務的硬件流水線(例如，片段流水線可以如何工作，從而在先前由幾何形狀流水線編寫的數據結構上運行)構建。

一旦寫入描述符，軟件就會斷言就緒標志，有時也稱為“啟動標志”，其觸發硬件流水線以基于在寄存器組中發現的描述符開始處理任務。硬件流水線對任務的處理也可以被稱為“啟動”。一旦已完成任務，硬件流水線就將處理的結果寫入存儲器中的結構。例如，在幾何形狀階段，幾何形狀流水線可以寫入內部參數格式(控制流和圖元塊)，并且在片段階段，片段流水線寫入幀緩沖器(像素顏色和阿爾法數據)和深度緩沖器(像素深度值)。流水線還可以將諸如任務的最終狀態的結果寫回到寄存器組。一旦寫入結果，流水線就會在中斷寄存器中斷言另一個標志。這使得軟件從存儲器和/或寄存器讀取結果。然后，軟件可以將新任務的描述符寫入到寄存器組，等等。

流水線本質上包括串聯布置的多個流水線級。正被處理的任務的工作從一個流水線級向下傳遞到下一個流水線級，其中每個上游流水線級的中間結果被傳遞以由下一個下游流水線級處理，并以流水線方式以此類推。流水線不一定像簡單的移位寄存器那樣起作用，將數據沿著一系列流水線級向下傳遞，而是更一般地像一系列模塊，所述一系列模塊互連并且具有從上游到下游的總體行進方向(但是，如果需要第二輪操作，則可能發生從較晚模塊環回到較早模塊，并且還可以有與存儲器的接口等)。沿流水線從一個級向下傳遞到下一級的工作可以包括由前一級產生的將由下一級操作的操作數數據，或由前一級產生的控制下一級如何操作的控制數據，或操作數數據和控制信號的混合物。沿流水線向下傳遞的數據還可以包括一些狀態信息，其指可以在多個操作或任務上持續存在的配置。